Gli scienziati del Tokyo Institute of Technology combinano il raffreddamento a convezione forzata con la conversione dell'energia termoelettrochimica per creare un sistema di raffreddamento a liquido autosufficiente. Un elettrolita liquido viene fatto circolare attraverso una cella per raffreddare un oggetto caldo, e la reazione chimica reversibile nella cella genera una potenza elettrica maggiore rispetto al lavoro della pompa idrodinamica richiesto per guidare il liquido attraverso la cella. Questa tecnologia risolve l'annoso problema non affrontato della perdita della componente di energia libera dell'energia termica.

Il raffreddamento attivo è cruciale nella maggior parte delle moderne tecnologie, che vanno dai microprocessori nei data center alle turbine e ai motori. Raffreddamento a convezione forzata, che fa circolare un fluido refrigerante sulla superficie di un oggetto caldo, è efficace per soddisfare tali requisiti di raffreddamento ma richiede una potenza di pompaggio per inviare il refrigerante attraverso la sezione di generazione del calore. Però, raffreddamento attivo - rimozione rapida di una grande quantità di energia termica nella fonte di calore sotto una grande differenza di temperatura - distrugge prontamente la componente di energia libera dell'energia termica, che è una porzione di energia che può essere convertita in un lavoro elettrico. Questo problema concomitante con il raffreddamento a convezione forzata è rimasto irrisolto nonostante l'uso diffuso del raffreddamento a convezione forzata nel mondo attuale.

Un metodo specifico per convertire il calore disperso, il calore che non ha bisogno di essere rimosso attivamente, in energia elettrica attraverso reazioni chimiche liquide è stato studiato per diversi decenni. Questo metodo, chiamata conversione termoelettrochimica, comporta l'immersione di due elettrodi mantenuti a temperature diverse in un elettrolita liquido racchiuso in un recipiente chiuso, dove avviene una reazione reversibile di riduzione-ossidazione ("redox"). Questa reazione genera una corrente elettrica attraverso un circuito esterno. La ricerca sulla conversione termoelettrochimica è stata svolta principalmente per fluidi statici.

In questo studio, un team di ricercatori del Tokyo Institute of Technology ha integrato la conversione termoelettrochimica con il raffreddamento a convezione forzata per recuperare in parte la suddetta porzione di energia libera, attualmente perso durante il raffreddamento a convezione forzata, sotto forma di energia elettrica. Nella cellula sviluppata da questi ricercatori, il liquido elettrolitico viene fatto volare come refrigerante tra due elettrodi paralleli, uno dei quali è un oggetto a rilascio di calore da raffreddare. La reazione redox che avviene nella cellula genera elettricità; questa elettricità può essere utilizzata per guidare il flusso di refrigerante attraverso la cella. Questo lavoro scava in un territorio inesplorato, poiché il concetto e la fattibilità del sistema di raffreddamento a liquido autosufficiente non sono stati precedentemente dimostrati.

I ricercatori hanno condotto studi dettagliati per chiarire come funziona il raffreddamento e la generazione di energia in questo tipo di sistema termoelettrochimico a flusso forzato. Ci si aspetta che questi nuovi risultati forniscano una strategia di base per applicazioni future su larga scala. "Sebbene la cella prototipo sviluppata in questo studio fosse piccola e quindi le prestazioni di generazione di energia fossero limitate, questa tecnologia ha molti margini di miglioramento attraverso l'ottimizzazione della geometria del canale del liquido, materiale dell'elettrodo, e le sostanze chimiche redox, " commenta il prof. Yoichi Murakami, il principale sperimentatore di questo progetto.

Attraverso ulteriori studi, si spera che questo concetto proposto dai ricercatori possa trovare la sua applicazione in un prossimo futuro, fornendo una nuova piattaforma tecnologica per il raffreddamento a convezione forzata. "Attraverso questo approccio, possiamo recuperare parzialmente la quota di energia libera dell'energia termica attualmente persa durante il raffreddamento a convezione forzata, e questa potenza elettrica acquisita può essere utilizzata per pompare il liquido di raffreddamento nel raffreddamento a convezione forzata, " conclude il prof. Murakami.