Revolučné tepelné čerpadlo je efektívnejšie, rýchlejšie aj šetrnejšie

Klimatizácia a chladenie predstavujú približne 20 % svetovej spotreby elektrickej energie a závisia od zastaraných metód kompresie pár, ktoré spotrebúvajú veľa energie, sú hlučné a prispievajú k emisiám skleníkových plynov. Na riešenie týchto problémov sa výskumníci zaoberajú možnosťami chladenia v pevnom stave bez použitia kvapalín, najmä elektrokalorickým (EK) efektom. Tento efekt dokáže priamo premieňať elektrickú energiu na teplo a využíva sa na vývoj nového typu tepelného čerpadla nazývaného autoregeneračné tepelné čerpadlo (self-regenerative heat pump – SRHP), ktoré funguje bez kvapalín a zložitých súčiastok.

K EK efektu dochádza, keď špecifické materiály, ako napríklad poly(vinylidénfluorid-ter-trifluóretylén-ter-chlórfluóretylén) čiže P(VDF-TrFE-CFE), menia teplotu v reakcii na elektrické pole. Tento polymér vykazuje pri izbovej teplote výrazný EK efekt, pretože jeho štruktúra umožňuje výrazné teplotné posuny pri pôsobení elektrického poľa. Vlastnosti polyméru sú zlepšené jeho mechanickou flexibilitou, ktorá podporuje bezproblémovú integráciu do kompaktných zariadení.

Keď je elektrické pole zapojené, reťazce polyméru sa zoraďujú, čo spôsobuje uvoľňovanie tepla, a keď sa pole odstráni, absorbuje sa teplo, čo vedie k ochladzovaciemu účinku. Vďaka týmto rýchlym a vratným zmenám je tento polymér ideálny pre technológiu chladenia. SRHP je kaskádový systém, ktorý pozostáva zo šiestich na sebe uložených jednotiek vyrobených z týchto polymérových fólií. Sú potiahnuté elektródami z uhlíkových nanorúrok a oddelené polyimidovými vrstvami, ktoré pomáhajú udržiavať stabilitu a zlepšujú prenos tepla.

Keď sa na filmy aplikuje elektrické pole 80 MV/m, polymér sa stlačí, čím sa teplo presúva do susedných vrstiev, pričom striedavá aktivácia stohov zabezpečuje nepretržitý cyklus prenosu tepla. Tento systém dokáže znížiť teplotu až o 14 kelvinov približne za 30 sekúnd. Systém SRHP je navrhnutý ako kompaktný a účinný, pričom testy preukázali chladiaci výkon 1,52 W na gram, čím prekonáva tradičné metódy. Reaguje rýchlo, vyžaduje málo energie a neprodukuje skleníkové plyny, čo z neho robí alternatívu šetrnú k životnému prostrediu.

^{Zdroj Foto: Science}

Cieľom je využiť túto technológiu pre ľahké, nositeľné chladiace zariadenia na pomoc ľuďom pracujúcim v horúcom prostredí. Výzvou zostáva zlepšenie dosiahnutých teplotných zmien a prispôsobenie technológie pre väčšie priemyselné aplikácie. Prebiehajúci výskum sa zameriava na zlepšenie výkonnosti materiálov a zvládnutie zložitých technických problémov väčších systémov. SRHP ponúka mnoho potenciálnych aplikácií – od nositeľných zariadení až po elektroniku a chladenie. Štúdia bola zverejnená v časopise Science. 

Zdroj: thebrighterside.news.

^{Zdroj Foto: UCLA Soft Materials Research Laboratory}