Новости

Химики разработали термогальванический элемент на основе гидрогеля, который способен эффективно охлаждать аккумулятор за счет испарения воды и преобразовывать часть энергии в электричество. С помощью такого гидрогеля ученые смогли понизить температуру литий-ионного аккумулятора на 20 градусов Цельсия и выработать пять милливатт полезной мощности. Статья опубликована в журнале Nano Letters.

 

Электрические и энергетические устройства, как солнечные элементы, диоды и микропроцессоры, выделяют большое количество тепла в процессе своей работы. Это тепло требуется отводить от источника, чтобы избежать локального перегрева, который снизит эффективность работы устройства и срок его эксплуатации. Ученые пытаются решить проблему сочетания отвода лишнего тепла и преобразования этого тепла в полезную работу. Традиционные подходы к утилизации тепла — термоэлектрические модули — добавляют лишнее тепловое сопротивление, которое препятствует рассеянию тепла и увеличивает температуру внутри устройства. А для эффективных теплоотводов нужны энергозатратные вентиляторы и насосы. На сегодняшний момент эти конфликтующие процессы не могут быть достигнуты.

 

В последние годы ученые разработали термогальванические элементы в качестве эффективных дешевых утилизаторов тепла. Они состоят из двух инертных электродов и раствора электролита между ними. За преобразование энергии отвечает ионная миграция в растворе и изменение энтропии в зависимости от температуры при переходе электрона между окислительно-восстановительной парой и электродами. В отличие от термоэлектрических, в термогальванических элементах растворитель нужен только для поддержки ионного транспорта и окислительно-восстановительной реакции, а потому может быть удален из электролита без ухудшения эффективности термоэлектрических процессов. На основании этого растворителя можно сделать дополнительный термодинамический цикл, например, в водных электролитах вода может испаряться, унося с собой избыток тепла, и конденсироваться, восстанавливая свое изначальное состояние.

 

Цзюнь Чэнь (Jun Chen) с коллегами разработал умный термогальванический гидрогель, который способен конвертировать избыточное тепло в электричество и за счет испарения воды достигать эффективного охлаждения. Такой гидрогель самостоятельно абсорбирует воду из окружающей среды и полностью восстанавливается, а скорость испарения и конденсации ученые смогли варьировать с помощью толщины гидрогеля и концентрации бромида лития. Они проверили работоспособность такого гидрогеля на аккумуляторе смартфона и зафиксировали охлаждение на 20 градусов Цельсия в сравнении с аккумулятором без гидрогеля.