Forskare i Kina hävdar ett genombrott inom termogalvanisk kylteknik för att återuppfinna kylskåp.
Sedan flera år tillbaka har kylskåp som säljs i Spanien integrerat ny teknik som artificiell intelligens för att förbättra sin förmåga att göra vardagen enklare för familjer. Det system som ansvarar för kylningen av kylskåpet har dock inte förändrats särskilt mycket under de senaste åren.
Kylskåpet är en av de apparater som ökar elräkningen mest, inte för att det inte är särskilt effektivt eller kräver mycket energi, utan för att det måste vara i drift hela tiden. Det är sällsynt med hus där det inte finns ett kylskåp som är anslutet 24 timmar om dygnet, 7 dagar i veckan, förbrukar el och förlorar värme genom sin baksida. Därför finns det många projekt som syftar till att återanvända denna värme eller utveckla nya kylsystem.
I Spanien har till exempel ett team studenter från Polytechnic University of Madrid tagit fram ett nytt system för att återanvända kylskåpets ström för uppvärmning eller för att värma vatten till duschen. För ett par år sedan presenterade MIT ett system som sänkte temperaturen med 25 grader med nästan ingen energiförbrukning. Nu kommer den senaste innovationen från Huazhong University of Science and Technology i Wuhan, Kina.
Forskarteamet som leder projektet föreslår att man ska använda sig av termogalvanisk kylning för att avsevärt minska kostnaderna för elräkningar. Deras förslag, som beskrivs i en artikel publicerad i tidskriften Joule, förbättrar resultaten från tidigare arbete med termogalvanisk teknik och ökar kyleffekten med 70%.
Men det är fortfarande en bit kvar innan det tillämpas på de kylar vi kan hitta i butikerna. ”Även om vår avancerade elektrolyt är kommersiellt gångbar måste mer arbete läggas på systemdesign, skalbarhet och stabilitet för att främja den praktiska tillämpningen av denna teknik”, säger Jiangjiang Duan, huvudförfattare till studien.
Termogalvanisk kylning
För närvarande tillgodoses det mesta av kylbehovet, oavsett om det gäller kylskåp eller luftkonditioneringsanläggningar, genom ångkompression och användning av köldmedier. Dessa system är i allmänhet säkra och det finns sätt att återvinna köldmedier när systemet demonteras. Men om en olycka inträffar producerar dessa kemikalier koldioxidutsläpp och är skadliga för människor och miljö.
Huazhongs forskare tittar däremot på termogalvanisk kylning, där reversibla kemiska reaktioner används för att generera elektricitet för att kyla mat.
Normalt omvandlar termogalvaniska celler värme till elektricitet. Men genom att vända på processen med hjälp av en extern elektrisk ström kunde forskarna skapa en kyleffekt. I tidigare studier hade denna teknik gett resultat med liten potential. Nyckeln till det nya projektet var att optimera den kemiska sammansättningen av systemet och förbättra dess prestanda.
Den kemiska reaktion som behövs i cykeln kräver närvaro av järnjoner. I den första fasen förlorar dessa joner en elektron och absorberar värme. I nästa fas får de en elektron och släpper ut värme. Detta bidrar till att kyla den elektrolytlösning som cirkulerar i kylskåpskretsen, vilket bevarar maten, medan den värme som genereras i den motsatta reaktionen avlägsnas av en kylfläns.
För att förbättra prestandan modifierade forskarna komponenterna i lösningen. De använde ett järnsalt som hydratiserats med perklorat, vilket gjorde det lättare för jonerna att dissociera. Det är en idealisk metod för att förbättra kylkapaciteten hos den hydrogalvaniska cellen.
De bytte också ut lösningsmedlet i systemet och ersatte vatten med nitriler. Genom att lösa upp järnsalterna ökade kylkapaciteten med 70 %. Det förbättrade systemet lyckades sänka elektrolyttemperaturen med 1,42 K, vilket är mycket mer än de 0,1 K som rapporterats i tidigare studier av termogalvanisk kylning.
Projektet är fortfarande under utveckling, men man överväger redan nu att utveckla nya prototyper för att testa den tekniska innovationen. ”Även om vår avancerade elektrolyt är kommersiellt gångbar krävs ytterligare insatser inom design, skalbarhet och stabilitet på systemnivå för att främja den praktiska tillämpningen av denna teknik”, säger Jiangjiang Duan, en av huvudförfattarna till studien. De har också inlett ett samarbete med företag i branschen för att göra denna idé till ett verkligt alternativ för hushåll runt om i världen i framtiden.
Även om de ansvariga för genombrottet fokuserar på dess tillämpning för att återuppfinna kylskåpens inre funktion, kan utvecklingen och utvecklingen av denna teknik också komma att påverka andra apparater som förbrukar mest, luftkonditioneringsapparater och värmepumpar.
Både sommar och vinter står dessa apparater påslagna i timmar i bostads- och industribyggnader runt om i världen. Den termogalvaniska tekniken skulle alltså kunna få en enorm inverkan på miljontals människors vardag och bidra till utvecklingen av mer energieffektiv och mindre förorenande utrustning.
