Konstruksi

Inti Polimer Baru Dapat Memecahkan Masalah Energi untuk Bangunan

Rice University engineers designed and built windowpanes that redirect sunlight or illumination from indoors to edge-band solar cells. The central layer is a conjugated polymer that serves as a waveguide


Insinyur dari Universitas Rice telah mengusulkan solusi warna-warni untuk pengumpulan energi futuristik — menambahkan konsentrator surya berpendar (LSC) ke jendela di gedung.

Insinyur Universitas Rice merancang dan membuat kaca jendela yang mengarahkan sinar matahari atau iluminasi dari dalam ruangan ke sel surya tepi-pita. Lapisan tengah adalah polimer terkonjugasi yang berfungsi sebagai pemandu gelombang. Kredit Gambar: Yilin Li.

Tim peneliti yang dikepalai oleh Rafael Verduzco dan peneliti pascadoktoral dan penulis utama Yilin Li dari Sekolah Teknik Beras Brown merancang dan mengembangkan ‘jendela’ persegi di mana polimer terkonjugasi diselingi di antara dua panel akrilik bening.

Lapisan tengah yang tipis adalah rahasia sukses. Ini telah dirancang untuk memanfaatkan cahaya dalam panjang gelombang tertentu dan memandu ke tepi panel yang dilapisi dengan sel surya.

Polimer terkonjugasi adalah senyawa kimia yang dapat disesuaikan dengan sifat fisik atau kimia tertentu untuk berbagai aplikasi, seperti film konduktif atau sensor untuk perangkat biomedis.

Senyawa polimer yang dikembangkan di lab Rice dinamai PNV (untuk poli[naphthalene-alt-vinylene]) dan memanfaatkan serta melepaskan lampu merah. Namun, mengubah bahan molekulernya harus memungkinkannya memanfaatkan cahaya dalam berbagai warna.

Strateginya adalah bahwa senyawa tersebut adalah pemandu gelombang dan menerima cahaya dari segala arah tetapi mengontrol bagaimana ia pergi, sehingga memfokuskannya ke sel surya yang mengubahnya menjadi listrik.

Motivasi dari penelitian ini adalah untuk memecahkan masalah energi untuk bangunan melalui fotovoltaik terintegrasi. Saat ini, atap surya adalah solusi utama, tetapi Anda perlu mengarahkannya ke matahari untuk memaksimalkan efisiensinya, dan tampilannya tidak terlalu menyenangkan. Kami berpikir, mengapa kami tidak bisa membuat kolektor surya yang berwarna-warni, transparan, atau tembus cahaya dan mengaplikasikannya ke bagian luar bangunan?

Yilin Li, Penulis Utama Studi dan Peneliti Pascadoktoral, Sekolah Teknik Brown, Universitas Rice

Li memulai proyek sebagai bagian dari kompetisi ‘kaca pintar’. Penelitian ini dipublikasikan di Polimer Internasional jurnal.

Faktanya, jumlah jus yang dihasilkan oleh unit uji yang dikembangkan oleh tim Rice jauh lebih sedikit dibandingkan dengan yang dikumpulkan oleh sel surya komersial rata-rata, yang biasanya mengubah hampir 20% sinar matahari menjadi listrik.

Namun, jendela LSC tidak pernah berhenti bekerja. Mereka dengan mudah mengubah cahaya dari sisi dalam bangunan menjadi listrik saat matahari terbenam. Pengujian menunjukkan bahwa mereka menunjukkan efisiensi yang lebih tinggi dalam mengubah cahaya sekitar dari LED daripada dari sinar matahari langsung, meskipun sinar matahari 100 kali lebih kuat.

Bahkan di dalam ruangan, jika Anda memegang panel, Anda dapat melihat fotoluminesensi yang sangat kuat di tepinya, ”Li mencatat selama demonstrasi. Panel yang diuji olehnya menunjukkan efisiensi konversi daya hampir 3,6% di bawah lampu LED ambien dan 2,9% di bawah sinar matahari langsung.

Dalam dekade terakhir, para peneliti telah mengembangkan berbagai jenis luminofor, tetapi tidak banyak dengan polimer terkonjugasi, kata Verduzco, seorang profesor teknik kimia dan biomolekuler dan ilmu material dan rekayasa nano.

Salah satu masalah dalam penggunaan polimer terkonjugasi untuk aplikasi ini adalah polimer tersebut tidak stabil dan terdegradasi dengan cepat. Tetapi kami telah belajar banyak tentang meningkatkan stabilitas polimer terkonjugasi dalam beberapa tahun terakhir, dan di masa depan, kami dapat merekayasa polimer untuk stabilitas dan sifat optik yang diinginkan..

Rafael Verduzco, Profesor Teknik Kimia dan Biomolekuler, Ilmu Material dan Rekayasa Nano, Universitas Rice

Laboratorium juga mereplikasi kembalinya energi dari panel berukuran hingga 120 inci persegi. Menurut para peneliti, panel-panel ini akan menawarkan energi yang relatif lebih sedikit, tetapi tetap dapat mencukupi kebutuhan daya rumah tangga.

Li menambahkan bahwa polimer bahkan dapat diubah untuk mengubah energi dari sinar ultraviolet dan inframerah, sehingga memungkinkan panel tetap transparan.

Polimer bahkan dapat dicetak dalam pola di panel, sehingga dapat diubah menjadi karya seni.

Yilin Li, Penulis Utama Studi dan Peneliti Pascadoktoral, Sekolah Teknik Brown, Universitas Rice

Rekan penulis studi ini termasuk alumnus University of Washington Yujian Sun; Yongcao Zhang, asisten pascasarjana di University of Houston; dan Yuxin Li, asisten pascasarjana di Universitas Cincinnati.

Studi ini didukung oleh Solera City Energy.

Referensi Jurnal:

Li, Y., dkk. (2020) Konsentrator surya hamburan luminescent hibrida kinerja tinggi berdasarkan polimer terkonjugasi bercahaya. Polimer Internasional. doi.org/10.1002/pi.6189.

Sumber: https://www.rice.edu/

Author : SGP Prize