Badacze z University of Tokyo wynaleźli nowy rodzaj ultracienkiego ogniwa fotowoltaicznego, które nie będzie ulegać zniszczeniu podczas prania.  Jest ono pokryte z obydwu stron rozciągliwą i wodoodporną warstwę. Niezależnie, czy zostanie ono zamoczone w wodzie, rozciągnięte czy wykręcone, nie traci swoich fotowoltaicznych właściwości.

fot. RIKEN, Phys.org

Innowacyjne rozwiązanie, które może być stosowane na odzieży

Wynalazek jest ogromnym krokiem naprzód dla rozwoju ogniw nowej generacji. Co prawda wymyślono wcześniej elastyczne ogniwa, które mogą być łączone z materiałem np. na kurtkach, jednak nie miały one tak korzystnych właściwości ułatwiających łączenie z odzieżą i późniejsze pranie. Ogniwa fotowoltaiczne stosowane na ubraniach będą mogły dostarczać energię np. do urządzeń monitorujących stan zdrowia. W erze rozwoju Internetu Rzeczy (Internet of Things), tzn. systemu opierającego się na podłączaniu rozmaitych przedmiotów (m.in. sensorów, liczników) do internetu, coraz większym wyzwaniem staje się poszukiwanie źródeł mogących dostarczać energię do drobnych urządzeń. Według Takao Someya, lidera grupy badawczej, idea Internetu Rzeczy obejmuje również urządzenia, które mogą być noszone przy ciele posiadacza, np. pulsometry, sensory temperatury ciała. Są one używane przez sportowców, mogą też być przydatne przy wczesnym wykrywaniu problemów medycznych. W przeszłości niejednokrotnie podejmowano próby stworzenia ogniw fotowoltaicznych optymalnych do wszycia w materiały, z których produkowana jest odzież zewnętrzna. Zwykle brakowało im bardzo ważnej cechy: wytrzymałości oraz długoterminowej stabilności działania, utrzymywanej zarówno pod wpływem wody, jak i w różnych warunkach atmosferycznych. Problemem była również niska wydajność, kwestia szorstkości i mała odporność na deformację – kwestie kluczowe dla urządzenia, które ma być stosowane na masową skalę.

Dzięki powłoce z elastomeru woda i powietrze nie dostaną się do środka

W odpowiedzi na zapotrzebowania współczesnego rynku urządzeń monitorujących stan zdrowia i aktywność grupa naukowców stworzyła niezwykle cienkie i elastyczne ogniwo fotowoltaiczne, bazujące na materiale nazywanym PNTz4T, który został przez nich opracowany w toku wcześniejszych badań. Do wyprodukowania ogniwa użyto również elastomerów opartych na akrylu. Zastosowane z obydwu stron, pomagają one zapobiegać wnikaniu wody do wnętrza ogniwa. Elastomer przepuszcza światło, natomiast zatrzymuje wodę i powietrze, dzięki czemu nie wnikają one do wnętrza ogniwa. Dzięki takiemu rozwiązaniu ogniwo jest dużo bardziej wytrzymałe i stabilne niż inne tego typu urządzenia stworzone z zamiarem umieszczenia na odzieży.

Testy wykazały korzystne właściwości

Naukowcy poddali swój wynalazek licznym, różnorodnym testom. Wykazały one, że ogniwo ma wydajność 7.9%, produkuje – w zależności od warunków atmosferycznych – ok. 7.86 miliwatów na centymetr kwadratowy. Celem zbadania wodoodporności ogniwa, zostało ono zanurzone na dwie godziny, po czym okazało się, że jego wydajność zmniejszyła się zaledwie o 5.54% w stosunku do wydajności przed włożeniem do wody. Ogniwo poddano również ściskaniu, aby zbadać jego wytrzymałość. Przy ściskaniu i jednoczesnym przemoczeniu ogniwo wciąż zachowało niemal 80% swojej oryginalnej wydajności.

Byliśmy bardzo zadowoleni, kiedy odkryliśmy, że opracowane przez nas ogniwo ma dużą stabilność w różnorodnych warunkach środowiskowych, jednocześnie prezentując satysfakcjonującą wydajność i właściwości mechaniczne. Mamy wielką nadzieję, że to lekkie, rozciągliwe i nadające się do prania organiczne ogniwo fotowoltaiczne stanie się nową opcją dostarczania energii do przenośnych urządzeń, m.in. sensorów” – mówi Kenjiro Fukuda z RIKEN Center for Emergent Matter Science.

 

Źródło: phys.org

Redakcja GLOBEnergia