Cercetătorii raportează că o metodă de refrigerare mai eficientă și mai prietenoasă cu mediul ar putea deveni realitate în curând. Frigiderele mai eficiente se bazează pe celule termogalvanice, care generează un efect de răcire printr-o reacție electrochimică reversibilă.
Studiul a fost publicat în revista Joule.
Refrigerarea termogalvanică este mai ieftină și mai ecologică decât alte metode de răcire deoarece necesită un mult mai redus. În plus, datorită scalabilității sale, tehnologia poate fi utilizată într-o gamă largă de aplicații, de la dispozitive portabile de răcire până la sisteme industriale.
Tehnologia care va face frigiderele mai eficiente
„Tehnologia termogalvanică își face loc în viețile noastre, fie sub forma producerii de electricitate curată, fie ca metodă de răcire cu consum redus de energie. Atât comunitatea științifică, cât și industria ar trebui să îi acorde atenție”, afirmă Jiangjiang Duan, autor principal al studiului și cercetător la Universitatea de Știință și Tehnologie Huazhong din Wuhan, China.
Celulele termogalvanice utilizează căldura generată de reacțiile electrochimice reversibile pentru a produce energie electrică. În teorie, procesul poate fi inversat: prin aplicarea unui curent electric extern pentru a iniția reacțiile electrochimice, se poate obține un efect de răcire.
Studiile anterioare au arătat că celulele termogalvanice au avut o capacitate limitată de a produce răcire. Totuși, echipa lui Duan a reușit să îmbunătățească semnificativ acest potențial prin optimizarea utilizate în sistem.
„Dacă cercetările anterioare s-au concentrat în principal pe proiectarea inițială a sistemului și simulările numerice, noi prezentăm o strategie rațională și universală de proiectare a electroliților termogalvanici, permițând o performanță de răcire record, cu aplicabilitate practică”, explică Duan, citat de TechXplore.
Cum funcționează totul?
cu celule termodinamice de răcire funcționează pe baza reacțiilor redox electrochimice care implică ioni de fier dizolvați. Într-o etapă a reacției, ionii de fier pierd un electron și absorb căldură (Fe³⁺ → Fe²⁺), iar în cealaltă etapă, câștigă un electron și eliberează căldură (Fe²⁺ → Fe³⁺). Energia generată în prima reacție răcește soluția electrolitică înconjurătoare, iar căldura produsă este disipată printr-un sistem de răcire.
Prin ajustarea compoziției solvenților și a solviților din soluția electrolitică, cercetătorii au reușit să îmbunătățească puterea de răcire a celulelor hidrogalvanice. Ei au utilizat un compus de fier hidratat care conține perclorat, ceea ce a permis o dizolvare și o disociere mai eficientă a ionilor de fier în comparație cu alte săruri testate anterior, precum fericianura.
De asemenea, în loc să dizolve sărurile de fier în apă pură, cercetătorii au folosit un solvent care conține nitrili, ceea ce a dus la o creștere a puterii de răcire cu 70%.
Sistemul optimizat a reușit să reducă temperatura electrolitului înconjurător cu 1,42 K, o îmbunătățire semnificativă față de capacitatea de răcire de 0,1 K raportată anterior în sistemele termogalvanice.
Pentru viitor, echipa intenționează să continue optimizarea designului sistemului și să exploreze posibile aplicații comerciale.
„Deși electrolitul nostru avansat este viabil comercial, sunt necesare eforturi suplimentare pentru optimizarea designului la nivel de sistem, scalabilitate și stabilitate, astfel încât această tehnologie să fie aplicabilă în practică”, spune Duan.
„Ne propunem să îmbunătățim în continuare performanța răcirii termogalvanice prin explorarea unor mecanisme inovatoare și utilizarea unor materiale avansate. De asemenea, lucrăm la dezvoltarea unor prototipuri de frigidere pentru diverse scenarii de utilizare și căutăm parteneri din industria inovării pentru a accelera comercializarea tehnologiilor termogalvanice”, a concluzionat acesta.