Elastyczne urządzenia mogą pomóc ubraniom w zasilaniu ekranów energią słoneczną

Wyobraź sobie samotne wędrówki z plecakiem w dziczy, gdy wyczerpie się bateria telefonu. Bez obaw! Kurtka, którą nosisz, może go wzmocnić. Tkanina twojej kurtki to urządzenie słoneczne. Może generować energię elektryczną ze słońca, aby naładować telefon w dowolnym momencie. Nowe badania właśnie przybliżyły tę tkaninę słoneczną.

To jest cel Luciano Boesel: tworzenie urządzeń słonecznych, które można nosić. Jest materiałoznawcą w Empa. To Szwajcarskie Federalne Laboratoria Materiałoznawstwa i Technologii w St. Gallen.

ilustracja materiału APCN. Połączone ze sobą nano-kałuże tego materiału zawierają czerwone i zielone barwniki. Pochłaniane światło, będzie współdzielone z ogniwami słonecznymi, aby zwiększyć wydajność. EMPA

Ogniwa słoneczne są bardziej wydajne, gdy są używane z pomocnikiem zwanym koncentratorem słonecznym. Jak sama nazwa wskazuje, urządzenie to koncentruje promienie słoneczne na ogniwach słonecznych. W przypadku koncentratora potrzeba mniej ogniw słonecznych do wytwarzania dużych ilości energii elektrycznej.

„Nadające się do noszenia ogniwa słoneczne nie są na tym samym poziomie, co standardowe ogniwa słoneczne do budowy” – zauważa Boesel. „Mają niższą wydajność”. Dodanie koncentratora słonecznego, mówi, „zwiększy wydajność całego urządzenia wytwarzającego energię”.

Jego zespół właśnie wykonał elastyczny koncentrator słoneczny z niezwykłego materiału. Nazywa się APCN. To skrót od amfifilowej sieci polimerowej. Ponieważ może przepuszczać wodę i tlen, jest oddychający i wygodny w noszeniu. Ten materiał jest już używany do produkcji niektórych soczewek kontaktowych.

„Służy nie tylko do noszenia, ale także do wszelkich zastosowań elastycznych” – mówi Chieh-Szu Huang. Jest naukowcem zajmującym się materiałami w zespole Empa, który zaprojektował nowy koncentrator słoneczny. Jak zauważa, materiał ACPN, którego zastosowanie, jest wszechstronny. „Może powlekać lub dopasowywać się do dowolnego kształtu”.

Jego zespół opisał swój nowy materiał do koncentracji energii słonecznej 19 czerwca w czasopiśmie Nano Energy.

Małe, połączone ze sobą kałuże

APCN składają się z dwóch różnych polimerów – zwykle nie mieszają się ze sobą. Zamiast tego zachowują się jak woda i olej. W rzeczywistości ta sama zasada reguluje, dlaczego te dwa polimery wolą się unikać. Jeden polimer kocha wodę. Drugi nienawidzi wody, tak jak olej.

Te dwa polimery wolą całkowicie się oddzielić ale nie mogą. Naukowcy połączyli je chemicznie. Tak więc teraz, w skali nano- lub miliardowej części metra, polimery przetasowują się, aby zminimalizować kontakt. Tworzą wzajemnie połączone “kałuże” polimeru kochającego wodę i polimeru nienawidzącego wody. Naprawdę małe, te kałuże mają mniej niż jedną tysięczną szerokości ludzkiego włosa.

Naukowcy dodają zielony barwnik do kałuż kochających wodę i czerwony do tych, które nienawidzą wody. Oba barwniki fluoryzują: pochłaniają światło o jednej długości fali (lub kolorze) i emitują je dłuższe. Barwniki są przydatne, ponieważ przekształcają światło docierające do ogniw słonecznych na długości fal, które te ogniwa mogą lepiej wykorzystywać.

Naukowcy z Empa badają szereg różnych barwników – świecących tutaj – w celu dodania ich do nowego materiału. Każdy barwnik zbiera światło o innej długości, a następnie emituje nieco dłuższą falę. EMPA

Barwniki te mogą również wymieniać energię świetlną w różnych kałużach – pomaga, to że ​​kałuże są tak małe. Zwiększa to ich skuteczność w wychwytywaniu światła i przekazywaniu go do ogniwa słonecznego, wyjaśnia Huang. Ich działanie sprawia, że ​​cały system (koncentrator i ogniwo słoneczne) lepiej zbiera światło. W rzeczywistości materiał APCN może zwiększyć wydajność krzemowego ogniwa słonecznego nawet o 24 procent – podają naukowcy Empa.

„[Koncentratory słoneczne] można łatwo połączyć z istniejącą technologią słoneczną” – zauważa Haley Bauser. Jest fizykiem stosowanym w California Institute of Technology w Pasadenie. Zauważa, że ​​koncentratory słoneczne są znacznie tańsze niż ogniwa słoneczne. W związku z tym twierdzi, że są one łatwym sposobem na zwiększenie wydajności ogniw słonecznych.

Polimery, które mogą się zginać, podobnie jak APCN, nadają się do specjalistycznych zastosowań. Bauser wskazuje na jeden przykład: gromadzenie energii słonecznej w kosmosie. Mówi, że używane tam urządzenia będą musiały być elastyczne i lekkie.

Zespół Empa planuje dalsze ulepszanie swoich koncentratorów słonecznych. Naukowcy ci mają nadzieję, że w przyszłości będą produkować rzeczy do “noszenia na słońcu”. Jak mówi Huang, kurtka słoneczna może nie być tylko marzeniem. Tak więc, miłośnicy outdooru, bądźcie czujni.

Źródła: Shi En Kim

C.-S. Huang​ ​et​ ​al.​ ​ Nano-domains assisted energy transfer in amphiphilic polymer conetworks for wearable luminescent solar concentrators. Nano Energy.​ Vol. 76, October 2020, p. 105039. doi:​ 10.1016/j.nanoen.2020.105039.

Zdjęcia: EMPA

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x