Forradalom a hűtéstechnikában: jönnek a termogalván cellák

Az egyre növekvő számítási igényű mesterséges intelligencia projektek komoly kihívások elé állítják az adatközpontokat – különösen a hűtés területén. Az ezekhez szükséges szerverfarmok hatalmas mennyiségű hőt termelnek, amelynek elvezetésére nagy teljesítményű légkondicionáló rendszerekre van szükség.

Jelenleg a legelterjedtebb hűtési módszer a gőzkompressziós hűtés, amelyet autókban, épületekben és ipari létesítményekben egyaránt alkalmaznak. Azonban ez a technológia gyakran környezetkárosító hűtőközegeket használ, amelyek hozzájárulhatnak az éghajlatváltozáshoz.

Bár számos ígéretes fejlesztés zajlik a hűtési technológiák terén, a termogalván cellák eddig kevés figyelmet kaptak. Ennek oka, hogy működési elvük inkább fűtésre, mint hűtésre alkalmas. Ezekben a cellákban a reverzibilis elektrokémiai reakciók során keletkező hőt használják fel elektromos energia előállítására, a magasabb hőmérsékletű forrásból az alacsonyabb hőmérsékletű hely felé történő entrópia-transzport révén. Bár a fordított termogalván rendszerek elméletileg működőképesek, eddig túlságosan költségesnek és alacsony hatékonyságúnak tartották őket ahhoz, hogy széles körben alkalmazhatók legyenek.

Új kémiai megoldásokkal a hatékonyabb hűtés felé

A közelmúltban azonban kutatók olyan kémiai módosításokat hajtottak végre, amelyek jelentősen javították a termogalván hűtési technológia hatékonyságát. Ez azt jelenti, hogy a jövőben ez a megoldás felhasználható lehet nemcsak kisebb hordozható hűtőeszközökben, hanem otthoni klímaberendezésekben és hatalmas adatközpontok hűtésére is.

A kínai Huazhong Tudományos és Technológiai Egyetem kutatóinak tanulmánya, amelyet január 30-án publikáltak a Joule tudományos folyóiratban, részletesen bemutatja ezt az új fejlesztést.

„Míg a korábbi kutatások főként a rendszerek alapvető tervezésére és numerikus szimulációkra összpontosítottak, mi egy olyan átfogó és univerzális tervezési stratégiát mutatunk be a termogalván elektrolitok számára, amely rekordmagas hűtési teljesítményt tesz lehetővé, és akár gyakorlati alkalmazásokhoz is felhasználható” – nyilatkozta Jiangjian Duan, a tanulmány vezető szerzője.

Hogyan működik a termogalván-cellás hűtés?

A jelenlegi termogalván cellák elektrokémiai redoxreakciókon alapulnak, amelyekben oldott vasionok vesznek részt. A folyamat első lépésében a vasionok elektront veszítenek és hőt nyelnek el. Később újabb elektront vesznek fel, és ekkor hőt bocsátanak ki. Mivel az első reakció során az elektrolit oldat lehűl, egy hőelnyelő réteg eltávolítja a felszabaduló hőt.

Duan és csapata azonban egy új elektrokémiai megoldást fejlesztett ki, amely hidratált vassót és perklorátot tartalmaz. Ez a megoldás elősegíti a vasionok jobb oldódását és disszociációját. A kutatók azt is felfedezték, hogy ha az elektrolitot víz helyett nitrilalapú oldószerrel keverik, a hűtési teljesítmény körülbelül 70 százalékkal javul.

Míg a korábbi kísérletek csupán 0,1 Kelvin (kb. 32,18 Fahrenheit-fok) hűtési tényezőt értek el, Duan csapatának fejlesztése 1,42 Kelvin (kb. 34,55 Fahrenheit-fok) értéket produkált. Bár néhány Fahrenheit-foknyi különbség elsőre csekélynek tűnhet, a költséghatékonyság és a skálázhatóság miatt ez a fejlődés hatalmas előrelépést jelent a termogalván hűtési technológia jövője szempontjából.

A jövő lehetőségei: hűtés adatközpontokban és otthonokban

Duan szerint az új elektrolit már most is kereskedelmi forgalomba hozható lenne, de a rendszer egészének továbbfejlesztésére még szükség van. Ehhez olyan tényezőket kell optimalizálni, mint a méretezhetőség, a stabilitás és a hosszú távú hatékonyság.

A kutatócsoport következő célja a hűtési teljesítmény további javítása új fizikai kialakításokkal és fejlettebb anyagok alkalmazásával. Emellett

megkezdték a gyakorlati prototípusok fejlesztését is, amelyek a jövőben ipari és adatközponti környezetben is bevethetők lehetnek.

Az MI-alapú technológiák rohamos terjedésével az energiahatékony és környezetbarát hűtési megoldásokra egyre nagyobb szükség van. A termogalván cellás hűtés, ha továbbfejlesztik, jelentős szerepet játszhat a jövő fenntartható hűtési rendszereinek kialakításában.

Forrás: Popular Science
Nyitókép: Freepik

Írja meg Facebook oldalunkra, hogy mit gondol erről a témakörről!

https://www.facebook.com/greenponthu/