Hệ thống làm mát mới có thể thay thế máy điều hòa không khí

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị làm mát bằng điện nhiệt ở trạng thái rắn, có khả năng tạo ra chênh lệch nhiệt độ 20 kelvin (âm 253 độ C) với hiệu suất cao. 

Khám phá này có thể cạnh tranh với các phương pháp làm mát rắn hiện tại, nó đưa ra giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho các hệ thống làm mát nén hơi, vốn kém hiệu quả và có hại cho môi trường.

Nguyên lý hệ thống làm mát mới này dựa trên một hiện tượng gọi là làm mát bằng điện nhiệt.

Cụ thể, điện trường tác dụng lên vật liệu sẽ làm thay đổi hướng của điện tích, gây ra sự tăng nhiệt độ tạm thời, sau đó là giảm đi khi loại bỏ điện trường.

Nhà khoa học Junning Li, Emmanuel Defay và các đồng nghiệp tại Viện Khoa học và Công nghệ Luxembourg đã nghiên cứu phương pháp này, sử dụng các dải vật liệu được gọi là tantalate scandium-chì. 

Các dải này, được xếp chồng lên nhau, ngâm trong chất lỏng truyền nhiệt (dầu silicon), tạo ra các vùng nóng và lạnh vĩnh viễn với nhiệt độ chênh lệch khoảng 20⁰C, khi có hoặc không có điện trường.

Cụ thể, Li và các đồng nghiệp đã phát triển một máy bơm điện nhiệt vòng kép có công suất làm mát tối đa 4,2 watt. 

Triển vọng và tối ưu hóa trong tương lai

Thiết bị này luân chuyển dầu silicon qua các đường ống nhằm làm mát hoặc sưởi ấm ngôi nhà hoặc đồ vật. Mặc dù hiệu suất lý thuyết của thiết bị là 67%, nhưng thiết kế hiện tại của nó chỉ đạt khoảng 12%. 

Theo Defay, hiệu suất này có thể được cải thiện bằng cách tìm ra chất dẫn nhiệt tốt hơn tantalate scandium-chì.

Nhà khoa học Neil Mathur, Đại học Cambridge (Vương quốc Anh), nhận xét: "Đây là một hiệu suất vượt trội con người đạt được bằng cách kết hợp các yếu tố mà chúng ta đã biết". 

Nó nêu bật lợi ích của việc sử dụng các dải vật liệu điện nhiệt mỏng để có hiệu suất làm mát tốt hơn. Tuy nhiên, Neil lưu ý rằng nghiên cứu đã tập trung vào khả năng làm mát của chính các dải kim loại chứ không phải hiệu suất của toàn bộ thiết bị.

Sự đổi mới này, đánh dấu bước cải tiến đáng kể so với các hệ thống làm mát truyền thống, có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng vì các hệ thống làm mát hiện tại tiêu thụ 20% lượng điện năng của thế giới. 

Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện hiệu suất của thiết bị và khám phá tiềm năng ứng dụng quy mô lớn của nó.