Новые «умные стекла» смогут сами запасать для себя электричество

Китайские исследователи под руководством профессора Чжи Сян Вэя из Национального центра нанотехнологий разработали гибкое «умное окно», комбинирующее в себе солнечную батарею, суперконденсатор и электрохромное окно, управляемо затеняющее помещение от слишком яркого света, передает «Компьютерра–Онлайн».

Так называемые смарт-стёкла обычно представляют собой электрохромные устройства, меняющие прозрачность в зависимости от приложенного напряжения. Когда слишком большое количество солнечного света попадает через стекло в помещение, «умное стекло» автоматически становятся всё менее и менее прозрачным. С одной стороны, оно оставляет достаточное количество дневного света для сохранения нормального освещения помещений, а с другой — не допускает перегрева комнаты в жаркое время года.

Кроме того, смарт-стекло позволяет уменьшить потери тепла зимой, снижая обратную прозрачность при превышении потока инфракрасной радиации, уходящего из помещения. Оно способно заменить жалюзи и механические затеняющие экраны (шторы), а в прозрачном состоянии электрохромное смарт-стекло не пропускает ультрафиолетового излучения.

Основные недостатки смарт-стекла — это стоимость, в два-три раза превышающая цену аналогичного по площади обычного стекла, и необходимость использования электрического напряжения для изменения прозрачности.

Китайское энергонакапливающее смарт-стекло (energy storage smart window, ESS window) использует волокна из относительно дешёвого проводящего полимера полианилина, способного быть не только электрохромным материалом (менять светопропускающую способность при приложении напряжения), но и действовать в качестве суперконденсатора. Волокна полианилина, погруженные в стекле в токопроводящий гель, вместе образуют два электрода. По мере роста освещённости смарт-стекло сначала накапливает электроэнергию, действуя как фотоэлемент с небольшим КПД. Когда ёмкость суперконденсаторов переполняется, стекло начинает менять свою светопропускающую способность, постепенно уменьшая её. Если энергия стекла используется каким-то потребителем в помещении (например телевизором), то затемнения не происходит, поскольку суперконденсатор не переполняется. Если же смарт-стекло не подключать в сеть, оно быстро превысит свою накапливающую ёмкость и начнёт снижать поток солнечной энергии, поступающей в помещение, не требуя стороннего электропитания.

При этом фотоэлементная полимерная подложка смарт-стекла будет более долговечной, поскольку электрохромный слой изначально защищает органику от разрушения УФ-лучами.

По словам разработчиков, полимерная природа полианилина и его гибкость позволяют внедрять его даже в здания, не оборудованные первоначально смарт-стёклами. Его можно скручивать, если в нём нет нужды, и вновь разворачивать при слишком жаркой или холодной погоде, минимизируя теплопотери здания без дополнительных затрат электричества, передает Chemistry World.

Соответствующая работа была опубликована в журнале Energy & Environmental Science.