Aktive Kühlung mit Kunststoffmodul

Aktiv kühlende Kleidung könnte Jogger selbst an heißen Tagen vor Überhitzung schützen. Die Basis dazu legte nun eine Forschergruppe mit einem dünnen, flexiblen Kühlmodul aus einem speziellen Kunststoff, der Wärme effizient ableiten kann. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, konnte ihr Prototyp die Temperatur eines heißen Testobjekts binnen Sekunden um bis zu acht Grad Celsius senken. Zusätzlich könnte diese Kühltechnik in Smartphones genutzt werden, um etwa den Lithiumionen-Akku oder die empfindliche Elektronik bei intensiver Nutzung vor Hitzeschäden zu bewahren.

Für ihr neu entwickeltes Kühlmodul verwendeten Qibing Pei und seine Kollegen von der University of California in Los Angeles einen speziellen, flexiblen Polymer aus der Klasse der Polyvinylfluoride. Dieser Kunststoff zeigt einen sogenannten elektrokalorischen Effekt, er ändert also seine innere Struktur in einem elektrischen Spannungsfeld und kann sich dadurch wahlweise erwärmen oder auch abkühlen. Die Wissenschaftler umhüllten eine dünne Schicht des elektrokalorischen Polymers mit weiteren flexiblen Kunststoffschichten und fügten noch ein Netzwerk aus leitfähigen Nanodrähten aus Silber oder Kohlenstoffnanoröhrchen hinzu. Dieses sieben Zentimeter lange und einige Millimeter dicke Kühlmodul setzten sie lose zwischen zwei Plättchen aus Aluminium, die ebenfalls mit Kunststofflagen beschichtet waren. Das Kühlmodul haftete durch schaltbare elektrostatische Kräfte abwechselnd an der oberen und unteren Schicht: An der unteren, zu kühlenden Aluminiumschicht nahm das Modul etwas Wärme auf, wobei die elektrischen Dipole im Polymer in Unordnung gerieten. Danach löste sich das Kühlmodul und wurde von der oberen Aluminiumschicht elektrostatisch angezogen. Hier gab es die aufgenommene Wärme ab und die Dipole wurden über ein elektrisches Spannungsfeld wieder parallel ausgerichtet. Danach begann der Prozess abermals und das Modul sank wieder ab, um Wärme aufzunehmen. Jeder Zyklus dauerte etwa eine Sekunde.

Die dadurch mögliche Kühlung zeigten die Forscher an einem gut 50 Grad Celsius heißen Lithiumionen-Akku, auf den sie das flexible Kühlmodul legten. Innerhalb von nur fünf Sekunden konnte die Temperatur des Akkus um bis zu acht Grad Celsius gesenkt werden. In weiteren Versuchen wollen die Forscher den Kühleffekt durch mehrere übereinander geordnete Kühlmodule noch erhöhen. „Das Kühlmodul könnte auch in den Schuhen oder der Mütze eines Joggers integriert werden, um das Laufen selbst unter der heißen Sonne Südkaliforniens angenehmer zu machen“, sagt Pei.