Ein sauberer Ansatz zur Kühlung mit einem zusammendrückbaren Metall

Bericht vom 31. Mai 2023

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von Bob Yirka, Tech Xplore

Ein Team von Materialwissenschaftlern an der University of Maryland hat in Zusammenarbeit mit einem Kollegen von der Jiaotong University und einem anderen von der Beihang University, beide in China, einen saubereren Ansatz für den Bau von Kühlsystemen entwickelt, der auf der Verwendung eines quetschbaren Metalls basiert. Ihre Forschung wird in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

In Kühlschränken verwendete Kühlmittel sind umweltschädlich und Ingenieure suchen nach einer saubereren Alternative. Einer dieser Forscher ist Ichiro Takeuchi von der University of Maryland. Im letzten Jahrzehnt haben er und sein Team daran gearbeitet, einen Weg zu finden, elektrokalorische Materialien als Kühlmittel zu nutzen.

Solche Materialien unterliegen Temperaturänderungen, wenn sie gedehnt oder aufgrund von Phasenübergängen komprimiert werden. Genauer gesagt haben er und seine Kollegen mit Drähten aus Nickel und Titan (NiTi) gearbeitet, die sich als elektrokalorisch erwiesen haben, um Kühlsysteme zu bauen. Mehrere technische Herausforderungen stehen der Entwicklung eines kommerziell nutzbaren Produkts im Weg, aber mit dieser neuen Anstrengung konnten mehrere dieser Herausforderungen gemeistert werden.

Zu den größten Herausforderungen gehören die effiziente Flüssigkeitsrückgewinnung (Wasser wird als Wärmeaustauscher verwendet) und Möglichkeiten zur Reduzierung des durch Reibung entstehenden Wärmeverlusts. Zu den Lösungen gehörten die Verwendung dichterer Bündel von NiTi-Röhren und ein verbesserter Aktuator, der eine Lastbündelung anwendet. Ihr System verwendet zwei Bündel, die über den Aktuator verbunden sind. Während die Lasten gebündelt und entbündelt werden, durchläuft das System Kompressionszyklen auf dem NiTi, was die Kühlung und damit die Kühlung vorantreibt.

Abhängig von der Wassermenge im System verfügt das Modell über zwei Modi: Der eine Modus dient der Optimierung der Kühlung und der andere die Temperaturspanne. Es wurde gezeigt, dass das System in der Lage ist, ein System um 22,5 K zu kühlen.

Das Team räumt ein, dass sein System noch nicht für die Kommerzialisierung bereit ist, geht jedoch davon aus, dass bestimmte Verbesserungen dies erreichen werden. Sie planen, die Effizienz zu verbessern, indem sie den Aktuator verbessern und an den Prozentsätzen von Nickel und Titan basteln, die zur Herstellung der Rohre verwendet werden.

Mehr Informationen: Suxin Qian et al., Hochleistungs-Multimode-Elastokaloric-Kühlsystem, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adg7043

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