Convirtiendo la ropa de calle en concentradores solares

Los investigadores de Empa y ETH Zurich lograron desarrollar un material que funciona como un concentrador solar luminiscente e incluso se puede aplicar a los textiles. Esto abre numerosas posibilidades para producir energía directamente donde se necesita, es decir, en el uso de la electrónica diaria.


El concentrador solar recientemente desarrollado cuando se irradia con luz LED azul: el material polimérico es tan flexible que se puede doblar con pinzas. Imagen: Empa

Nuestro hambre de energía es insaciable, incluso continúa aumentando con la creciente oferta de nuevos aparatos electrónicos. Además, casi siempre estamos en movimiento y, por lo tanto, dependemos permanentemente de una fuente de alimentación para recargar nuestros teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles. En el futuro, las tomas de corriente (al menos para este propósito) podrían volverse obsoletas. La electricidad vendría entonces de nuestra propia ropa; mediante un nuevo polímero que se aplica sobre fibras textiles, chaquetas, camisetas y similares pronto podrían funcionar como colectores solares y, por tanto, como fuente de energía móvil.


Flexibilizar los materiales luminiscentes


En la industria solar ya se están utilizando materiales capaces de utilizar luz indirecta o ambiental para la generación de energía. Estos materiales contienen materiales luminiscentes especiales y se denominan "Concentradores solares luminiscentes", o LSC para abreviar. Los materiales luminiscentes del LSC capturan la luz ambiental difusa y transmiten su energía a la celda solar real, que luego convierte la luz en energía eléctrica. Sin embargo, los LSC actualmente solo están disponibles como componentes rígidos y no son adecuados para su uso en textiles porque no son flexibles ni permeables al aire y al vapor de agua. Un equipo de investigación interdisciplinar dirigido por Luciano Boesel del Laboratorio de Membranas y Textiles Biomiméticos ha logrado incorporar varios de estos materiales luminiscentes en un polímero que proporciona precisamente esta flexibilidad y permeabilidad al aire.

Polímero conocido con propiedades sofisticadas


Este nuevo material se basa en co-redes de polímeros anfifílicos, o APCN para abreviar, un polímero que se conoce desde hace mucho tiempo en la investigación y ya está disponible en el mercado en forma de lentes de contacto de hidrogel de silicona. Las propiedades especiales del polímero (permeabilidad al aire y al vapor de agua, así como flexibilidad y estabilidad) también son beneficiosas para el ojo humano y se basan en propiedades químicas especiales.


“La razón por la que elegimos exactamente este polímero es el hecho de que somos capaces de incorporar dos materiales luminiscentes inmiscibles a nanoescala y dejar que interactúen entre sí. Existen, por supuesto, otros polímeros en los que estos materiales podrían integrarse; pero esto conduciría a la agregación y, por tanto, la producción de energía no sería posible », explica Boesel.



Concentradores solares luminosos para ropa



(a) espectro de emisión PL de APCN con varias concentraciones de LR 305 en la fase hidrófoba; (b) espectro PLE de LR305, fluoresceína y ambos juntos en APCN; (c) PCE mejorado después de agregar APCNs LSC en comparación con el espectro PLE y el espectro de irradiación de luz solar. Fotos de pares FRET en APCN bajo (d) luz blanca y (e) excitación LED azul de 460 nm.

En colaboración con colegas de otros dos laboratorios del Empa, Thin Films y Photovoltaics y Advanced Fibers, el equipo de Boesel agregó dos materiales luminiscentes diferentes al tejido de gel, convirtiéndolo en un concentrador solar flexible. Al igual que en los colectores de gran escala (rígidos), los materiales luminiscentes capturan un espectro de luz mucho más amplio que el que es posible con la energía fotovoltaica convencional. Los nuevos concentradores solares se pueden aplicar a fibras textiles sin que el textil se vuelva quebradizo y susceptible de agrietarse o acumular vapor de agua en forma de sudor. Los concentradores solares que se llevan en el cuerpo ofrecen un inmenso beneficio para la creciente demanda de energía, especialmente para dispositivos portátiles.





 

Mas información: Chieh-Szu Huang, et. al. Nano-domains assisted energy transfer in amphiphilic polymer conetworks for wearable luminescent solar concentrators, Nano Energy (2020). DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105039

 

Nota original: Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology


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