Onderzoekers in China hebben een nieuw concept onthuld voor kleding op zonne-energie die de lichaamstemperatuur van de drager kan regelen. Gemaakt door Ziyuan Wang en collega's van Nankai Universitycombineert het ontwerp elektrocalorische apparaten met ultramoderne flexibele zonnecellen. Het team beschrijft zijn aanpak in een paper in Wetenschap.

Thermoregulerende kleding heeft tot doel het lichaam op een veilige en comfortabele temperatuur te houden in een breed scala aan omgevingen. In grote lijnen valt het in twee categorieën: passief en actief. Passieve thermoregulatie maakt gebruik van materialen die effecten benutten, waaronder absorptie, straling en de latente warmte van faseovergangen, om de dragers comfortabel te houden.

Een belangrijk voordeel van een passieve benadering is dat er geen externe stroombron nodig is. Passieve thermoregulatie gaat echter normaal gesproken in één richting, waarbij kledingstukken een verkoelend of verwarmend effect hebben, maar niet beide.

Energie uitdaging

Bidirectionele thermoregulatie wordt meestal bereikt met behulp van actieve materialen die mechanismen gebruiken zoals koelmiddelcirculatie en vloeistofkanalen om snelle verwarming en koeling te bereiken. Deze systemen worden meestal aangedreven door batterijen, die gewicht toevoegen en moeten worden opgeladen. In principe zouden ze echter ook kunnen worden aangedreven door energie uit de zon te oogsten, maar dit is een aanzienlijke ontwerpuitdaging gebleken.

“Vanwege hun hoge energieverbruik is het moeilijk voor actieve systemen om gedurende lange tijd de continue thermoregulatie van het menselijk lichaam in stand te houden via draagbare, duurzame apparaten voor het oogsten van energie”, aldus Xingyi Huang en Pengli Li van Shanghai Jiao Tong University schrijf in een commentaar artikel in Wetenschap dat bij Wangs artikel hoort.

Om deze uitdaging aan te gaan, maakte Wangs team gebruik van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van flexibele organische fotovoltaïsche zonne-energie. Tegenwoordig kunnen deze zonnecellen een hoge conversie-efficiëntie behouden, zelfs als ze in verschillende vormen worden verdraaid.

“Als zo’n zeer efficiënte en flexibele organische fotovoltaïsche eenheid zou kunnen worden geïntegreerd met een goed thermisch managementsysteem, dan zou robuuste, zelfvoorzienende en thermoregulerende kleding kunnen worden gerealiseerd”, voorspellen Huang en Li.

Flexibele elektrocalorische module

In hun onderzoek bouwden Wang en collega's een klein stukje draagbaar materiaal op door een flexibele zonnecel op een flexibele elektrocalorische module te integreren. Dit laatste is een apparaat dat omkeerbare temperatuurveranderingen ondergaat als reactie op aangelegde elektrische velden.

Wanneer de zonnecel in zonlicht werd geplaatst, verzamelde hij meer dan genoeg energie zodat de elektrocalorische module de huid van de drager bij warm weer tot wel 10 graden kon koelen. Eventuele overtollige energie kan worden opgeslagen in een kleine aparte batterij. In het donker kan het apparaat in de verwarmingsmodus worden gezet en kan de opgeslagen energie worden gebruikt om de huid van de drager tot wel drie graden te verwarmen. In totaal kan het apparaat gedurende een periode van 24 uur thermoregulatie bereiken.

“Met zijn uitstekende prestaties op het gebied van thermisch beheer, de gemakkelijke omschakeling van de richting van het thermisch beheer en de optimale temperatuurcontrole heeft Wangs team kleding gedemonstreerd waarmee het menselijk lichaam zich kan aanpassen aan veranderingen in de omgevingstemperatuur”, zeggen Huang en Li.

Door deze technologie te integreren in draagbare stoffen hoopt het team van Wang dat hun innovatie kan leiden tot een nieuwe generatie praktische, op zonne-energie werkende kleding die dragers helpt zich aan te passen aan complexe en uitdagende omgevingen.

Dankzij de actieve thermoregulatie zou het apparaat ervoor kunnen zorgen dat dragers verzengende woestijnen, ijskoude poolgebieden en vele klimaten met snelle temperatuurschommelingen kunnen doorstaan. Het zou zelfs kunnen worden aangepast voor gebruik in de ruimte, waar de temperatuur extreem heet wordt in direct zonlicht, maar in de schaduw keldert.

“Behalve kleding zouden dergelijke apparaten ook op voertuigen en gebouwen kunnen worden toegepast”, voegen Huang en Li toe. “Je kunt je een toekomst voorstellen van thermisch beheer onder alle weersomstandigheden, die niet wordt beperkt door een energievoorziening en waarin extra verzamelde energie onder speciale omstandigheden zelfs elektronische apparaten van stroom kan voorzien.”

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/solar-powered-fabric-cools-in-the-day-and-warms-at-night/