Elektronisk fast stof kan reducere kulstofemissioner i køleskabe og klimaanlæg

En lovende erstatning for de giftige og brandfarlige drivhusgasser, der bruges i de fleste køleskabe og klimaanlæg, er blevet identificeret af forskere fra University of Cambridge.

Enheden er baseret på lag af et materiale sammensat af oxygen og tre metalliske elementer kendt som PST, og det viser de største elektrokaloriske effekter - ændringer i temperatur, når et elektrisk felt påføres - men observeres i en krop, der er stor nok til køleapplikationer.

Resultaterne, rapporteret i journalen Natur , kunne bruges i udviklingen af ​​højeffektive solid-state køleskabe og klimaanlæg, uden behov for omfangsrige og dyre magneter.

"Når man står over for en så stor udfordring som klimaændringer og reduktion af kulstofemissioner til netto nul, vi har en tendens til at fokusere på, hvordan vi genererer energi – og med rette – men det er afgørende, at vi også ser på energiforbruget, " sagde medforfatter Dr. Xavier Moya fra Cambridge's Department of Materials Science &Metallurgy.

Køling og aircondition bruger i øjeblikket en femtedel af al energi, der produceres på verdensplan, og som globale temperaturer fortsætter med at stige, efterspørgslen vil kun blive ved med at stige. Ud over, de gasser, der i øjeblikket bruges i langt de fleste køleskabe og klimaanlæg, er giftige, meget brandfarlige drivhusgasser, der kun øger problemet med global opvarmning, når de siver ud i luften.

Forskere har forsøgt at forbedre køleteknologien ved at erstatte disse gasser med faste magnetiske materialer, såsom gadolinium. Imidlertid, ydeevnen af ​​prototypeenheder har været begrænset til dato, da de termiske ændringer er drevet af begrænsede magnetfelter fra permanente magneter.

I forskning offentliggjort tidligere i år, det samme Cambridge-ledede team identificerede en billig, bredt tilgængeligt fast stof, der kan konkurrere med konventionelle kølemidler, når det sættes under pres. Imidlertid, at udvikle dette materiale til køleapplikationer vil involvere en masse nyt designarbejde, som Cambridge-teamet forfølger.

I det nuværende arbejde, de termiske ændringer er i stedet drevet af spænding. "At bruge spænding i stedet for tryk til at drive køling er enklere fra et teknisk synspunkt, og tillader eksisterende designprincipper at blive genbrugt uden behov for magneter, " sagde Moya.

Cambridge-forskerne, arbejde med kolleger i Costa Rica og Japan, brugte højkvalitetslag af PST med metalliske elektroder klemt ind imellem. Dette gjorde PST i stand til at modstå meget større spændinger, og producerer meget bedre afkøling over et meget større temperaturområde.

"Udskiftning af hjertet af prototypemagnetiske køleskabe med et materiale, der yder bedre, og kræver ikke permanente magneter, kunne repræsentere en game-changer for dem, der i øjeblikket forsøger at forbedre køleteknologi, " sagde medforfatter professor Neil Mathur.

I fremtiden, holdet vil bruge højopløsningsmikroskopi til at undersøge PST-mikrostrukturen, og optimer den yderligere for at anvende endnu større spændinger.