Pompele de căldură sunt cea mai eficientă modalitate de a controla temperatura interioară. Prin mutarea căldurii între locații, ei evită în primul rând ineficiența generării de căldură. Dar asta nu înseamnă că nu pot fi făcute mai eficiente.
Majoritatea pompelor de căldură actuale se bazează pe materiale care prezintă schimbări mari de temperatură ca răspuns la schimbarea presiunii, dar energia necesară pentru a le presuriza se pierde atunci când sunt ciclate înapoi la o stare de joasă presiune, absorbind căldura din mediul înconjurător. Acest lucru i-a făcut pe oameni să se intereseze de dispozitivele electrocalorice, unde schimbările de temperatură sunt determinate de stocarea încărcăturilor într-un material. Deoarece acţionează în esenţă ca un condensator mare, o mare parte din energia electrică implicată poate fi scoasă înapoi pe măsură ce sistemul circulă.
Dar condensatoarele nu sunt deosebit de mobile, așa că sistemele electrocalorice au avut tendința de a utiliza fluide pentru a muta căldura în și din condensator pe măsură ce acesta circulă. Acum, însă, cercetătorii au dezvoltat un sistem electrocaloric care se deplasează singur între mediile calde și cele reci, simplificând radical sistemul și eliminând o parte din energia necesară pentru a funcționa. Ei chiar demonstrează că răcește eficient un cip de computer.
Electrocalorice și pompe de căldură
La sfârșitul anului trecut, am acoperit o lucrare care descria a sistem electrocaloric demonstrativ. A funcționat destul de simplu: pomparea electronilor într-un condensator a provocat o tranziție de fază în structura sa electronică internă. Deși această tranziție de fază nu implică topirea sau înghețarea, este asociată cu o schimbare majoră a conținutului de căldură al condensatorului.
Dar, de la sine, aceasta nu va funcționa ca o pompă de căldură. Deși va încălzi sau răci cu plăcere mediul imediat (în funcție de încărcarea sau descărcarea), asta nu vă ajută să transferați căldura între medii. Pentru a încălzi sau răci un mediu, trebuie să mutați energia termică din sau în interiorul condensatorului. Echipa care a dezvoltat acest dispozitiv a făcut acest lucru pur și simplu pompând apă.
Deci, pentru a acționa ca un dispozitiv de răcire, condensatorul electrocaloric ar încălzi mai întâi apa care ar fi apoi pompată acolo unde ar putea radia acea căldură către mediu. Apoi va fi pompată apă nouă, pe care condensatorul s-ar răci în timpul descărcării. Acea apă rece va fi apoi pompată acolo unde ar putea absorbi căldura din zona care trebuia să fie răcită.
Cu siguranță funcționează, dar există un cost de energie asociat cu efectuarea acelei pompe. Noua lucrare, realizată de cercetătorii de la Universitatea Jiao Tong din Shanghai, scapă de necesitatea oricărei pompe. În schimb, condensatorul însuși se mișcă între sursa de căldură și radiatorul. Și face acest lucru atunci când este alimentat de același lucru care declanșează schimbarea temperaturii: fiind încărcat sau descărcat.
Lucrarea se bazează pe un polimer numit poli(fluorura de viniliden-trifluoretilen-clorofluoretilenă), un nume atât de complex încât până și abrevierea este excesiv de lungă (ne vom referi doar la „polimer”). Este un material electrocaloric cunoscut, dar variantele polimerului cu o structură de legătură chimică diferită au un răspuns diferit la preluarea sarcinilor: își schimbă forma.
Așadar, cercetătorii au petrecut destul de mult timp testând reacții chimice care au produs polimeri cu frecvențe diferite de legături duble, încercând să maximizeze ambele efecte: modificări electrocalorice de temperatură și modificări de formă determinate de sarcină. Aceasta a fost, fără îndoială, o cantitate semnificativă de muncă, dar este nevoie de aproximativ trei propoziții în lucrare. În orice caz, cu chimia rezolvată, ar putea face un singur polimer care a avut răspunsuri puternice la temperatură și formă.
Comentarii recente