Солнечная энергия для одежды: разработаны ткани, способные превращать свет в электричество и хранить его.
Стремясь разработать универсальные носимые электронные устройства, исследователи из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, разработали новые подходы к разработке оптоволоконных кабелей, питающихся от батарей и солнечных батарей, которые можно масштабировать до объемов, подходящих для производство массовое.
Согласно заявлению ученых, эту технологию можно встроить в одежду, способную собирать и хранить электроэнергию.
Поскольку обычные оптоволоконные батареи ограничены в масштабируемости и производительности, ученые разработали оптоволоконные батареи многоуровневой конструкции, аналогичной обычным пакетным элементам.
Этот подход включает прокатку слоев и лазерную обработку для создания аккумуляторных волокон шириной всего 650-700 мкм.
Tech Xplore отмечает , что эти волокна могут питать высокопроизводительную носимую электронику, которая дышит, растягивается и стирается, как обычные ткани.
Ламинирование обычных аккумуляторных электродов носимых устройств
«По мере роста спроса на электронный текстиль возникает потребность в меньших по размеру источниках энергии, которые можно использовать повторно, долговечны и растягиваются», — сказал Константинос Герасопулос, помощник менеджера программы по физике, материалам и электронным устройствам в APL и главный исследователь этого проекта.
« Наше видение заключается в разработке волокон, собирающих солнечную энергию, которые могут преобразовывать солнечный свет в электричество, и волокон с батарейным питанием, которые могут хранить генерируемое электричество в ткани».
Ключом к этому прогрессу является разработка сепараторов из поли(винилиденфторида-ко-гексафторпропилена) (ПВДФ-ГФП). Как отмечается в исследовании, они позволяют прокатывать обычные аккумуляторные электроды с помощью нагретого роликового пресса.
Пример накопительного волокна
Ламинированные полосы затем разрезаются лазером для формирования волокон, которые были успешно протестированы, продемонстрировав, что плотность энергии волоконных батарей может хранить до 0,61 милливатт-часа энергии на сантиметр длины волокна.
Оптоволоконные батареи также были разработаны для установки по рулонному принципу. Это представляет собой отход от предыдущих методов: новый подход предлагает оптимальное использование активных материалов, низкое содержание неактивных материалов, масштабируемость и совместимость с широко используемым оборудованием для аккумуляторной промышленности.
«Мы всегда проектировали с учетом совместимости рулонов», — отметила Рэйчел Альтмайер, ведущий автор исследования.
«Мы должны иметь возможность непрерывно запускать все наши процессы, иначе то, что мы разрабатываем, не будет иметь значения. Этот процесс можно внедрить в существующую производственную линию».
Батарейное оборудование было изготовлено по индивидуальному заказу из тонких, масштабируемых волокон с использованием процесса рулонной печати, на который ламинировались плоские полосы анодных и катодных электродов с помощью полимерного сепаратора в стопке. Все это было разрезано лазером на тонкие волокна.
Обработка 100 метров волокна более чем за пять часов
«Мы можем обработать 100 метров волокна всего за пять часов», — объяснил Джейсон Тиффани, инженер APL и соавтор статьи. «Благодаря нашему процессу мы можем сделать волокна меньшими по размеру и более энергоемкими, что может открыть еще больше возможностей для текстильного применения».
Однако волокна солнечной энергии были адаптированы к традиционной технологии солнечных батарей путем их сборки в гибкие схемы. Затем их инкапсулировали в полимер, который позволил им интегрироваться в ткани. Несмотря на значительные изгибы и воздействие света, этот метод обеспечивает высокую производительность и долговечность.
«Самая большая проблема современных технологий солнечных батарей — это их жесткость», — подчеркнул Майкл Джин, ведущий автор статьи о солнечных элементах. «Вы можете себе представить, что сжать солнечные панели, подобные тем, что установлены на крышах, в крошечное солнечное волокно будет очень сложной задачей».
«Мы использовали стандартные производственные процессы микроэлектроники для разработки инновационного подхода, который превратил нынешнюю технологию жестких солнечных элементов в гибкие и прочные волокна», — добавил Джин.
«Даже после сгибания волокна 8000 раз мы не заметили никаких изменений в его характеристиках».
Новое устройство может использоваться в различных приложениях, таких как мониторинг здоровья, подогрев одежды и обеспечение энергией солдатского снаряжения.
Это новое исследование представляет собой сдвиг парадигмы в технологии волоконных батарей, открывая путь к созданию носимой электроники и высокопроизводительного текстиля, или электронного текстиля. В Италии в этом секторе активно работает Болонский университет.
Благодаря нашему Telegram-каналу вы можете быть в курсе публикации новых статей «Экономические сценарии».
Статья « Солнечная энергия для одежды: разработаны ткани, способные превращать свет в электричество и хранить его», взята из экономических сценариев .
Это автоматический перевод публикации, опубликованной в журнале Scenari Economici по адресу https://scenarieconomici.it/energia-solare-per-i-vestiti-sviluppati-tessuti-che-possono-trasformare-la-luce-in-elettricita-e-immagazzinarla/ в Sat, 25 May 2024 09:22:23 +0000.