Les scientifiques ont amélioré la réfrigération thermogalvanique, une méthode de refroidissement qui exploite les réactions électrochimiques.
En affinant la composition des électrolytes, ils ont considérablement amélioré l’efficacité, ce qui en fait une alternative prometteuse à faible énergie pour les applications de refroidissement, de la technologie portable aux systèmes industriels.
Une percée dans la technologie de refroidissement
Les scientifiques ont introduit une nouvelle technologie de refroidissement prometteuse qui pourrait être plus efficace et plus respectueuse de l’environnement que la réfrigération traditionnelle. Publié le 30 janvier dans le Cell Press Journal JouleL’étude explore la réfrigération thermogalvanique, qui exploite les réactions électrochimiques réversibles pour générer un effet de refroidissement. Cette méthode nécessite beaucoup moins d’énergie que les systèmes de refroidissement conventionnels, ce qui le rend à la fois rentable et évolutif pour les applications allant des dispositifs de refroidissement personnels à une utilisation industrielle à grande échelle.
«La technologie thermogalvanique est en route pour nos vies, soit sous forme d’électricité propre ou de refroidissement à faible puissance, et les communautés de recherche et commerciales devraient faire attention», a déclaré l’auteur principal Jiangjiang Duan de l’Université des sciences et de la technologie de Huazhong à Wuhan , Chine.
La science derrière le refroidissement thermogalvanique
Les cellules thermogalvaniques convertissent généralement la chaleur en puissance électrique par des réactions électrochimiques réversibles. En inversant ce processus – appliquant un courant électrique externe pour générer ces réactions – les scientifiques peuvent générer un refroidissement. Alors que les recherches antérieures suggéraient un potentiel de refroidissement limité, l’équipe de Duan a considérablement amélioré les performances en affinant la composition chimique du système, débloquant de nouvelles possibilités d’applications pratiques.
«Alors que les études précédentes se concentrent principalement sur la conception du système original et la simulation numérique, nous rapportons une stratégie de conception rationnelle et universelle des électrolytes thermogalvaniques, permettant une performance de refroidissement record qui est potentiellement disponible pour une application pratique», explique Duan.
Comment les ions de fer alimentent l’effet de refroidissement
Les cellules thermodynamiques de refroidissement sont basées sur des réactions redox électrochimiques impliquant des ions de fer dissous. Dans une phase de la réaction, les ions fer perdent un électron et absorbent la chaleur (Fe3+ → Fe2+), et dans l’autre phase, ils gagnent un électron et libèrent de la chaleur (Fe2+ → Fe3+). La puissance produite par la première réaction refroidit la solution d’électrolyte environnante, et la chaleur produite par la première réaction est éliminée par un dissipateur thermique.
En peaufinant les solutés et les solvants utilisés dans la solution d’électrolyte, les chercheurs ont pu améliorer la puissance de refroidissement de la cellule hydrogalvanique. Ils ont utilisé un sel de fer hydraté contenant du perchlorate, ce qui a aidé les ions fer à dissoudre et se dissocier plus librement par rapport aux autres sels contenant du fer précédemment testés tels que le ferricyanure. En dissolvant les sels de fer dans un solvant contenant des nitriles plutôt que de l’eau pure, les chercheurs ont pu améliorer la puissance de refroidissement de la cellule hydrogalvanique de 70%.
Un saut majeur de la performance
Le système optimisé a pu refroidir l’électrolyte environnant de 1,42 K, ce qui est une grande amélioration par rapport à la capacité de refroidissement de 0,1 K rapportée par des systèmes thermogalvaniques publiés précédemment.
Pour l’avenir, l’équipe prévoit de continuer à optimiser la conception de son système et enquête également sur des applications commerciales potentielles.
«Bien que notre électrolyte avancé soit commercialement viable, d’autres efforts dans la conception, l’évolutivité et la stabilité au niveau du système sont nécessaires pour promouvoir l’application pratique de cette technologie», explique Duan. «À l’avenir, nous visons à améliorer continuellement les performances de refroidissement thermogalvaniques en explorant de nouveaux mécanismes et des matériaux avancés. Nous tentons également de développer divers prototypes de réfrigérateur vers des scénarios d’application potentiels et cherche à collaborer avec des sociétés d’innovation pour promouvoir la commercialisation des technologies thermogalvaniques. »
Référence: «Entropie de solvatation Ingénierie des électrolytes thermogalvaniques pour la réfrigération électrochimique efficace» par Yilin Zeng, Boyang Yu, Ming Chen, Jinkai Zhang, Pei Liu, Jinhua Guo, Jun Wang, Guang Feng, Jun Zhou et Jiangjiang Duan, 30 janvier 2025, Joule.
Doi: 10.1016 / j.joule.2025.101822
Cette recherche a été soutenue par la National Natural Science Foundation of China et le programme Postdoctoral national chinois pour les talents innovants.
