Streetwear veranderen in zonne-energiecentrales

Onderzoekers van Empa en ETH Zürich zijn erin geslaagd een materiaal te ontwikkelen dat werkt als een luminescerende zonneconcentrator en zelfs op textiel kan worden toegepast. Dit opent tal van mogelijkheden om energie direct daar te produceren waar dat nodig is, namelijk bij het gebruik van alledaagse elektronica.

Onze honger naar energie is onverzadigbaar en blijft zelfs toenemen met het toenemende aanbod van nieuwe elektronische gadgets. Bovendien zijn we bijna altijd onderweg en dus permanent afhankelijk van een stroomvoorziening om onze smartphones, tablets en laptops op te laden. In de toekomst kunnen stopcontacten (althans voor dit doel) mogelijk verouderd raken. De elektriciteit zou dan uit onze eigen kleding komen – door middel van een nieuw polymeer dat op textielvezels wordt aangebracht, zouden jassen, T-shirts en dergelijke straks als zonnecollectoren kunnen functioneren en dus als mobiele energievoorziening.

Lichtgevende materialen flexibel maken

Materialen die indirect of omgevingslicht kunnen gebruiken voor energieopwekking, worden al gebruikt in de zonne-industrie. Deze materialen bevatten speciale luminescerende materialen en worden ‘luminescent solar concentrators’ of afgekort LSC genoemd. De luminescerende materialen in de LSC vangen diffuus omgevingslicht op en geven zijn energie door aan de eigenlijke zonnecel, die het licht vervolgens omzet in elektrische energie. LSC’s zijn momenteel echter alleen verkrijgbaar als stijve componenten en zijn ongeschikt voor gebruik in textiel omdat ze noch flexibel zijn, noch lucht- en waterdampdoorlaatbaar zijn. Een interdisciplinair onderzoeksteam onder leiding van Luciano Boesel van het Laboratorium voor Biomimetische Membranen en Textiel is er nu in geslaagd om verschillende van deze lichtgevende materialen op te nemen in een polymeer dat precies deze flexibiliteit en luchtdoorlatendheid biedt.

Bekend polymeer met geavanceerde eigenschappen

Dit nieuwe materiaal is gebaseerd op Amphiphilic Polymer Co-Networks, kortweg APCN, een polymeer dat al lang bekend is in onderzoek en nu al op de markt verkrijgbaar is in de vorm van silicone-hydrogel contactlenzen. De speciale eigenschappen van het polymeer – doorlaatbaarheid voor lucht en waterdamp en flexibiliteit en stabiliteit – zijn ook gunstig voor het menselijk oog en zijn gebaseerd op speciale chemische eigenschappen. “De reden dat we precies voor dit polymeer hebben gekozen, is het feit dat we in staat zijn om twee niet-mengbare luminescerende materialen op nanoschaal op te nemen en ze met elkaar te laten interageren. Er zijn natuurlijk andere polymeren waarin deze materialen kunnen worden geïntegreerd, maar dit zou leiden tot aggregatie, en de productie van energie zou dus niet mogelijk zijn ”, legt Boesel uit.

Heldere zonne-concentrators voor kleding

In samenwerking met collega’s van twee andere Empa-labs, Thin Films en Photovoltaics en Advanced Fibres, voegde het team van Boesel twee verschillende lichtgevende materialen toe aan het gelweefsel, waardoor het een flexibele zonneconcentrator werd. Net als bij grootschalige (stijve) collectoren, vangen de luminescerende materialen een veel breder lichtspectrum op dan mogelijk is met conventionele fotovoltaïsche systemen. De nieuwe zonneconcentratoren kunnen op textielvezels worden aangebracht zonder dat het textiel broos wordt en vatbaar voor barsten of ophoping van waterdamp in de vorm van zweet. Zonneconcentrators die op het lichaam worden gedragen, bieden een enorm voordeel voor de steeds toenemende vraag naar energie, vooral voor draagbare apparaten.