科學家設計低能耗流體電池可為建築物動態遮陽和降溫

據New Atlas報道，建築物的能源使用有很大一部分是由加熱和冷卻消耗的，但多倫多大學的研究人員設計的一種新的動態遮陽系統可以提供幫助。該系統的靈感來自磷蝦的皮膚，它使用了能根據需要阻擋光線的色素細胞。

磷蝦是微小的海洋生物，通常是透明的，但有能力在其皮膚下的細胞中移動色素，使它們能夠變成深色，以保護自己在明亮的陽光下免受紫外線的傷害。多倫多大學團隊認為，這對窗戶和建築外牆來說是一種有用的能力。

該團隊受磷蝦啟發的原型是由可以在透明和不透明之間按需切換的光流體電池組成的，使用的能量相對較少。電池內部是兩片塑料之間1毫米的礦物油層。為了使其變成深色，可以通過一個連接的管子將含有顏料或染料的少量水注入電池中，形成深色的 “綻放”。

注入的顏料越多，綻放的顏色就越大，而流速可以決定它的形狀。低流速產生圓形圖案，而高流速產生樹狀結構。顏料隨後可以被抽回，使電池恢復到透明狀態。

“我們對綠色、可持續化學的‘封閉流體’如何被用來改變材料特性感興趣，”該研究的主要作者Ben Hatton說。“它的用途非常廣泛：我們不僅可以控制每個電池中水的大小和形狀，我們還可以調整水中染料的化學或光學特性。它可以是我們想要的任何顏色或不透明度。”

該團隊設想在窗戶或建築外牆中使用這些光電單元的網絡，作為一個低能量的溫度調節系統。在炎熱的夏天，這些電池可以切換成不透明的，以阻擋陽光，然後在太陽下山時切換回透明。

研究人員模擬了這樣一個系統在建築規模上的工作情況，並將潛在的能源節約與其他兩個系統進行了比較–電動百葉窗或電致變色窗，後者使用電壓變化來改變玻璃塗層的透明度。

“我們發現的是，與其他兩種方案相比，我們的系統可以減少30%的供暖、製冷和照明所需的能源，”該研究的通訊作者Raphael Kay說。“其主要原因是，我們對遮陽的程度和時間有更精細的控制。我們的系統類似於在整個外牆的不同位置和時間打開和關閉數百個小百葉窗。我們可以通過簡單的、可擴展的和廉價的流體流動實現這一切。”

該團隊還表示，光流體顯示器可用於創造大規模的藝術作品。

這項研究發表在《自然通訊》雜誌上。