Le tissu à énergie solaire rafraîchit le jour et réchauffe la nuit – Physics World

Des chercheurs chinois ont dévoilé un nouveau concept de vêtements fonctionnant à l’énergie solaire, capables de réguler la température corporelle de celui qui les porte. Créé par Ziyuan Wang et ses collègues de Université Nankai, la conception combine des dispositifs électrocaloriques avec des cellules solaires flexibles de pointe. L'équipe décrit son approche dans un article publié dans Sciences.

Les vêtements thermorégulateurs visent à maintenir le corps à une température sûre et confortable dans un large éventail d'environnements. En gros, il se divise en deux catégories, passive et active. La thermorégulation passive utilise des matériaux qui exploitent des effets tels que l'absorption, le rayonnement et la chaleur latente des transitions de phase pour assurer le confort de leurs porteurs.

L’un des principaux avantages d’une approche passive est qu’une source d’alimentation externe n’est pas nécessaire. Cependant, la thermorégulation passive va normalement dans une direction, les vêtements ayant soit un effet rafraîchissant, soit un effet chauffant – mais pas les deux.

Défi énergétique

La thermorégulation bidirectionnelle est généralement obtenue à l'aide de matériaux actifs qui utilisent des mécanismes tels que la circulation du liquide de refroidissement et des canaux fluidiques pour obtenir un chauffage et un refroidissement rapides. Ces systèmes sont généralement alimentés par des batteries, qui ajoutent du poids et doivent être rechargées. En principe, cependant, ils pourraient également être alimentés en récupérant l’énergie du Soleil – mais cela s’est avéré être un défi de conception important.

"En raison de leur forte consommation d'énergie, il est difficile pour les systèmes actifs de maintenir une thermorégulation continue du corps humain pendant une longue période grâce à des dispositifs portables et durables de récupération d'énergie", Xingyi Huang et Pengli Li de Université Jiao Tong de Shanghai écrire dans un article de commentaire in Sciences qui accompagne l’article de Wang.

Pour relever ce défi, l’équipe de Wang s’est appuyée sur les dernières avancées en matière de photovoltaïque organique flexible. Aujourd’hui, ces cellules solaires peuvent maintenir des efficacités de conversion élevées même lorsqu’elles sont déformées sous différentes formes.

"Si une unité photovoltaïque organique aussi efficace et flexible pouvait être intégrée à un système de gestion thermique approprié, alors des vêtements robustes, autonomes et thermorégulateurs pourraient être obtenus", prédisent Huang et Li.

Module électrocalorique flexible

Dans leur étude, Wang et ses collègues ont construit un petit morceau de matériau portable en intégrant une cellule solaire flexible sur un module électrocalorique flexible. Ce dernier est un appareil qui subit des changements de température réversibles en réponse aux champs électriques appliqués.

Lorsqu’elle est exposée au soleil, la cellule solaire récupère plus que suffisamment d’énergie pour que le module électrocalorique refroidisse la peau de l’utilisateur jusqu’à 10 degrés par temps chaud. Tout excédent d’énergie peut être stocké dans une petite batterie séparée. Dans l’obscurité, l’appareil peut passer en mode réchauffement et l’énergie stockée peut être utilisée pour réchauffer la peau de l’utilisateur jusqu’à trois degrés. Au total, l'appareil peut réaliser une thermorégulation sur une période de 24 heures.

"Grâce à ses excellentes performances de gestion thermique, à son changement facile de direction de gestion thermique et à son contrôle optimal de la température, l'équipe de Wang a démontré des vêtements qui permettent au corps humain de s'adapter aux changements de température ambiante", déclarent Huang et Li.

En intégrant cette technologie dans les tissus portables, l’équipe de Wang espère que son innovation pourra conduire à une nouvelle génération de vêtements pratiques alimentés par l’énergie solaire qui aideront les porteurs à s’adapter à des environnements complexes et difficiles.

Grâce à sa thermorégulation active, l'appareil pourrait permettre à ses utilisateurs de supporter des déserts torrides, des régions polaires glaciales et de nombreux climats présentant des variations rapides de température. Il pourrait même être adapté pour une utilisation dans l’espace, où les températures deviennent extrêmement chaudes en plein soleil, mais chutent à l’ombre.

"Au-delà des vêtements, de tels dispositifs pourraient être appliqués aux véhicules et aux bâtiments", ajoutent Huang et Li. « Il est possible d’imaginer un avenir de gestion thermique tout temps qui ne soit pas limité par un approvisionnement énergétique et où l’énergie supplémentaire collectée pourrait même alimenter des appareils électroniques dans des conditions particulières. »

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• La source: https://physicsworld.com/a/solar-powered-fabric-cools-in-the-day-and-warms-at-night/