Гель из углеродных нанотрубок, модифицированных оловом, снижает температуру солнечных батарей на 9,5 °C

Исследователи из Индии разработали многоразовый гель из углеродных нанотрубок, модифицированных оловом, который снижает рабочую температуру солнечных батарей на 9,5 °C и повышает эффективность преобразования энергии. Гель сохранял свои охлаждающие свойства после 40 дней испытаний и мог быть использован повторно после простого процесса замачивания в воде.

Исследователи из Индии разработали многоразовый теплопроводный гель, который может пассивно охлаждать кремниевые солнечные батареи и повышать эффективность преобразования энергии. Целью исследования была разработка экономичного и экологичного решения для охлаждения, которое снижает рабочую температуру, улучшает электрические характеристики и продлевает срок службы фотоэлектрических устройств без использования внешней энергии. Гель состоит из поливинилового спирта (ПВС), смешанного с углеродными нанотрубками, покрытыми оловом (Sn) и содержащими олово (Sn-CNT).

«В данном исследовании олово использовалось в качестве материала для покрытия из-за его превосходной смачиваемости, относительно низкой температуры плавления (232 °C) и хорошей совместимости с углеродными наноматериалами, что позволяет равномерно покрывать поверхности углеродных нанотрубок», — пояснили исследователи. «Олово обеспечивает оптимальный баланс тепловых характеристик, технологичности, совместимости с другими материалами и экономической целесообразности, что делает его подходящим материалом для повышения эффективной теплопроводности углеродных нанотрубок».

Чтобы приготовить гель, исследователи растворили 0,5 г поливинилового спирта в 5 мл диметилсульфоксида при температуре 120 °C и добавили нанотрубки из олова в концентрациях 0,5 %, 0,7 % и 1,4 % по массе. Они перемешивали смеси в течение часа и обрабатывали их ультразвуком в течение 30 минут, после чего охлаждали и заливали в формы размером 5 см × 5 см. Затем образцы выдерживали при температуре 0 °C в течение 24 часов в рамках процесса сшивки методом замораживания-оттаивания. Для сравнения команда также подготовила чистый гель из поливинилового спирта.

Ученые проанализировали структуру и состав гелей, а также измерили их теплопроводность, прочность на разрыв и термостабильность. Для испытаний на охлаждение они прикрепили составы с концентрацией 0,7 % и 1,4 % к задней части коммерческого солнечного элемента из поликристаллического кремния и сравнили их эффективность с эффективностью устройства, охлаждаемого чистым поливиниловым спиртом, и неохлаждаемого эталонного устройства. Они также отслеживали потерю веса и эффективность работы устройства в течение 40 дней. Чтобы оценить возможность повторного использования, они поместили использованный гель с концентрацией 0,7 % в деионизированную воду на 24 часа, а затем снова протестировали его.

«Собственная теплопроводность оловянных углеродных нанотрубок обеспечивает превосходную теплопередачу через гелевую среду, — заявили исследователи. — Кроме того, проводящий гель на основе поливинилового спирта и оловянных углеродных нанотрубок обладает превосходной теплопроводностью — 3,2 Вт/мК и механической прочностью 0,21 кПа». Таким образом, разработанный проводящий гель обладает отличным потенциалом для терморегулирования солнечных батарей без ущерба для эффективности преобразования энергии (PCE).”

Испытания показали, что при использовании состава с концентрацией 0,7 % по массе рабочая температура солнечного элемента снизилась на 9,5 °C, а эффективность преобразования энергии увеличилась с 12,5 % до 13,2 % при имитации солнечного света. Через 40 дней эффективность устройства с гелевым охлаждением составила 12 %, а после замачивания геля в воде и повторного использования — 13,3 %.

«В целом этот метод представляет собой экологичный и доступный способ повысить эффективность солнечных батарей, увеличить срок их службы и улучшить терморегуляцию с помощью экологичных материалов», — заключили исследователи. Однако они не предоставили подробной оценки стоимости предлагаемого решения для охлаждения и не сравнили его экономическую целесообразность с существующими технологиями охлаждения солнечных батарей.

Результаты исследования представлены в статье «Многоразовый теплопроводящий гель на основе поливинилового спирта с добавлением оловянных углеродных нанотрубок для эффективного охлаждения кремниевых солнечных батарей», опубликованной в журнале Solar Energy. В исследовательскую группу вошли ученые из Индийского технологического института (IIT) в Манди и Университета Амити в Индии.

Challenger T105 https://invertory.ru/product/akb-challenger-t105/