Przełom w chłodzeniu: technologia CHESS podwaja efektywność urządzeń chłodniczych
Naukowcy z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory opracowali cienkowarstwowe materiały CHESS, które niemal dwukrotnie zwiększają efektywność chłodzenia w porównaniu do tradycyjnych metod. Rozwiązanie to może znaleźć zastosowanie od sprzętu domowego po technologie kosmiczne.
Nowa era chłodzenia dzięki technologii CHESS
W Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) w Maryland, USA, opracowano nową technologię chłodniczą opartą na cienkowarstwowych materiałach termoelektrycznych CHESS (controlled hierarchically engineered superlattice structures). Dzięki zaawansowanej inżynierii nano-materiałów, możliwe było niemal podwojenie efektywności energetycznej w porównaniu do powszechnie stosowanych materiałów termoelektrycznych.
Współpraca naukowa i inżynierska
Osiągnięcie to jest efektem dziesięcioletnich badań zespołu APL, we współpracy z inżynierami chłodnictwa z Samsung Research. W opublikowanej w Nature Communications pracy wykazano, że moduły chłodnicze z cienkowarstwowych materiałów CHESS wykazują blisko 100% wzrost efektywności w temperaturze pokojowej względem tradycyjnych rozwiązań.
„To realna demonstracja możliwości nano-inżynieryjnych cienkowarstw CHESS w praktycznych zastosowaniach chłodniczych. Otwiera to drogę do wdrożenia nowoczesnych, energooszczędnych systemów chłodzenia na szeroką skalę.”
– Rama Venkatasubramanian, główny badacz projektu i główny technolog ds. termoelektryków w APL
Przewaga nad tradycyjnymi technologiami
Tradycyjne systemy chłodzenia są często duże, energochłonne i wykorzystują szkodliwe dla środowiska czynniki chłodnicze. Technologia termoelektryczna, stosowana dotychczas głównie w niewielkich urządzeniach, nie była szeroko wykorzystywana ze względu na ograniczoną efektywność i trudności w skalowaniu.
W badaniach porównano moduły z klasycznych materiałów z tymi z cienkowarstw CHESS, mierząc zużycie energii przy różnych poziomach chłodzenia. Wyniki wykazały:
- Blisko 100% wzrost efektywności na poziomie materiału;
- Około 75% poprawę efektywności na poziomie modułu chłodniczego;
- 70% wzrost efektywności w zintegrowanym systemie chłodniczym.
Możliwości skalowania i produkcji
Cienkowarstwowe materiały CHESS wymagają zaledwie 0,003 cm³ materiału na jednostkę chłodzącą – to objętość porównywalna do ziarnka piasku. Produkcja odbywa się metodą MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition), szeroko stosowaną w przemyśle półprzewodnikowym, co umożliwia masowe wdrożenie nowych rozwiązań chłodniczych.
„Ta cienkowarstwowa technologia może być skalowana od małych urządzeń po systemy klimatyzacji budynków, podobnie jak baterie litowo-jonowe.”
– Rama Venkatasubramanian
Szerokie zastosowania: od chłodnictwa po energetykę
Materiały CHESS mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w chłodnictwie, ale również w odzyskiwaniu energii czy zaawansowanych systemach elektronicznych. Prace nad rozwojem obejmują integrację z systemami AI do optymalizacji zużycia energii oraz wdrożenia w większych systemach, takich jak zamrażarki czy HVAC.
„Materiały CHESS umożliwiają przekształcanie różnic temperatur, np. ciepła ciała, w użyteczną energię, co otwiera nowe możliwości dla technologii przyszłości.”
– Jeff Maranchi, Exploration Program Area manager w APL
Perspektywy komercjalizacji
APL planuje dalsze prace nad udoskonaleniem materiałów CHESS oraz współpracę z partnerami przemysłowymi, by wdrażać technologię do praktycznych zastosowań na rynku.
„Wysokoefektywne chłodzenie stanów stałych jest nie tylko naukowo możliwe, ale także możliwe do produkcji na dużą skalę.”
– Susan Ehrlich, menedżer ds. komercjalizacji technologii w APL
Zobacz również:
Źródło: ScienceDaily
Obserwuj
Może Cię również zainteresować
Nowe badania: chemikalia zastępujące freony powodują globalny wzrost trwałych zanieczyszczeń TFA
Najnowsze analizy naukowców z Lancaster University pokazują, że substancje używane jako zamienniki freonów przyczyniają się do wzrostu stężenia trwałego zanieczyszczenia – kwasu trifluorooctowego (TFA) – na całym świecie. Zanieczyszczenie to dociera nawet do Arktyki i może stanowić poważne wyzwanie dla środowiska.
Gwałtowny spadek Bitcoina zmusza górników do wyłączania sprzętu
Bitcoin notuje historyczne spadki poniżej 70 000 dolarów, co sprawia, że wydobycie kryptowaluty staje się nieopłacalne. Firmy górnicze zaczynają wyłączać swoje urządzenia, a część z nich rozważa zmianę profilu działalności.
EIB uruchamia 3 mld euro na wsparcie transformacji energetycznej gospodarstw domowych w UE
Europejski Bank Inwestycyjny zatwierdził 3 mld euro na tzw. Frontloading Facility. To środki, które mają pomóc państwom UE przygotować obywateli na wyższe koszty paliw wynikające z wprowadzenia ETS2. Wsparcie ma przyspieszyć inwestycje w zielone rozwiązania i ochronić najbardziej wrażliwe grupy społeczne.
Energa Oświetlenie modernizuje infrastrukturę: 30 tys. nowych opraw LED w 2025 roku
Energa Oświetlenie w 2025 roku przeprowadziła szeroko zakrojoną modernizację ponad 30 tys. opraw ulicznych, stawiając na technologię LED. Efektem jest znacząca redukcja zużycia energii i emisji CO₂ oraz poprawa komfortu mieszkańców wielu gmin.
Gminy krytykują program „Czyste Powietrze” – raport PAS wskazuje na głęboki kryzys
Według najnowszego raportu Polskiego Alarmu Smogowego, gminy oceniają nową wersję programu „Czyste Powietrze” bardzo negatywnie. Wskazują na skomplikowane procedury, wykluczenie najuboższych i wyraźny spadek zaufania do programu.
Pellet – bezpieczne i stabilne paliwo mimo sezonowych wahań rynku
Sezonowe wzrosty cen i lokalne braki pelletu nie oznaczają problemów z dostępnością tego paliwa w skali kraju. Pellet pozostaje przewidywalnym i bezpiecznym źródłem ciepła dla gospodarstw domowych.
Komentarze