Холодильна техніка вступає в нову еру з інноваційною технологією охолодження, яка привертає увагу своєю ефективністю та екологічними перевагами. Нова технологія, заснована на термогальванічних елементах, використовує силу оборотних електрохімічних реакцій для створення ефекту охолодження.
Чистіша енергія для охолодження нашого життя
Система охолодження виділяється своїм потенціалом для зниження експлуатаційних витрат, пропонуючи чудову масштабованість. Це робить його адаптованим для широкого діапазону застосувань – від переносних охолоджуючих пристроїв до великих промислових систем. Дослідження проводилося під керівництвом дослідників з Університету науки і технологій Хуачжун в Ухані, Китай. Старший автор Jiangjiang Duan наголосив на зростаючій важливості термогальванічної технології. Дуан зазначив, що ця технологія має далекосяжні наслідки в сфері виробництва чистої електроенергії та охолодження з низьким енергоспоживанням.
Нова стратегія дизайну
Термогальванічні елементи використовують переваги тепла, що виробляється оборотними електрохімічними реакціями для виробництва електроенергії. Хоча попередні дослідження натякали на обмежений потенціал термогальванічних елементів для генерування потужності охолодження, Дуан і його команда подолали цю перешкоду, змінивши хімічні речовини, що використовуються в технології.
«У той час, як попередні дослідження здебільшого зосереджені на проектуванні оригінальної системи та чисельному моделюванні, ми повідомляємо про раціональну й універсальну стратегію проєктування термогальванічних електролітів, що забезпечує рекордно високу продуктивність охолодження, яка потенційно доступна для практичного застосування», — пояснив Дуань.
Розкриття більшого потенціалу охолодження
Охолоджувальні термодинамічні комірки засновані на магії електрохімічних окисно-відновних реакцій за участю розчинених іонів заліза. У цьому процесі іони заліза втрачають електрон і поглинають тепло, а в протилежній фазі вони отримують електрон і виділяють тепло. Ця конкретна гра потужності охолоджує навколишній розчин електроліту, а тепло, що піднімається, відводиться.
Просто змінивши розчинники та розчинники, що використовуються в розчині електроліту, команда оптимізувала охолоджуючу потужність гідрогальванічних елементів. Унікальна стратегія передбачала використання гідратованої солі заліза з перхлоратом, що сприяє більшому розчиненню та дисоціації іонів заліза порівняно з раніше протестованими солями, що містять залізо, такими як фериціанід. Крім того, солі заліза розчиняли в розчиннику, що містить нітрили, замість чистої води. Це покращило потужність охолодження гідрогальванічних елементів на 70 відсотків.
Стрибок у холодильній техніці
Переглянута система охолодила навколишній електроліт на 1,42 K – значний крок у порівнянні з охолоджуючою здатністю лише 0,1 K попередніх термогальванічних систем. Дуан і його команда продовжуватимуть удосконалювати дизайн своєї системи, досліджуючи можливості комерційного застосування.
«Хоча наш вдосконалений електроліт є комерційно життєздатним, для сприяння практичному застосуванню цієї технології потрібні подальші зусилля щодо проектування системного рівня, масштабованості та стабільності», — сказав Дуань. «У майбутньому ми прагнемо постійно покращувати продуктивність термогальванічного охолодження, досліджуючи нові механізми та передові матеріали». «Ми також намагаємося розробити різноманітні прототипи холодильників для потенційних сценаріїв застосування та прагнемо співпрацювати з інноваційними компаніями для сприяння комерціалізації термогальванічних технологій».
Майбутнє холодильної техніки
Хоча термогальванічне охолодження продемонструвало надзвичайну ефективність у контрольованих експериментах, його перехід у повсякденне використання тепер є наступним рубежем. Дослідники активно досліджують, як цю технологію можна інтегрувати в існуючі системи охолодження, щоб зробити їх більш енергоефективними та екологічно чистими. Одним із перспективних застосувань є носимі охолоджувальні пристрої, які можуть революціонізувати особистий комфорт в екстремальних кліматичних умовах або високопродуктивних налаштуваннях.
Галузі промисловості, які покладаються на точний контроль температури, такі як фармацевтика та зберігання харчових продуктів, також можуть отримати користь від цього інноваційного підходу. На відміну від традиційних холодильних установок, які потребують великих компресорів і шкідливих холодоагентів, термогальванічні елементи пропонують компактну та надійну альтернативу.
Значущість дослідження
Окрім споживчого та промислового застосування, цей технологічний прорив також може зіграти вирішальну роль у розв’язання енергетичних проблем. Оскільки зміни клімату підвищують температуру в усьому світі, зростає потреба в охолодженні, створюючи навантаження на енергетичні мережі. Пропонуючи альтернативу з низьким енергоспоживанням, термогальванічне охолодження може зменшити залежність від енергоємних методів охолодження та допомогти зменшити викиди парникових газів.
Завдяки триваючим дослідженням удосконалення матеріалів і масштабованості системи, термогальванічне охолодження незабаром може стати практичним і широко поширеним рішенням. У міру розвитку технологій співпраця між науковцями та лідерами галузі стане ключовою для впровадження цього методу охолодження наступного покоління з лабораторії в повсякденне життя. Повний текст дослідження опубліковано в журналі Joule.
