Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben een veelbelovende vervanging gevonden voor de giftige en brandbare broeikasgassen die in de meeste koelkasten en airconditioners worden gebruikt.

Het apparaat is gebaseerd op lagen van een materiaal dat bestaat uit zuurstof en drie metalen elementen die bekend staan ​​als PST, en het vertoont de grootste elektrocalorische effecten - temperatuurveranderingen wanneer een elektrisch veld wordt toegepast - tot nu toe waargenomen in een lichaam dat groot genoeg is voor koelingstoepassingen.

De resultaten, gerapporteerd in het journaal Natuur , zou kunnen worden gebruikt bij de ontwikkeling van zeer efficiënte solid-state koelkasten en airconditioners, zonder de noodzaak van omvangrijke en dure magneten.

"Als we voor een uitdaging staan ​​die zo groot is als klimaatverandering en de CO2-uitstoot tot nul terugbrengen, we hebben de neiging om ons te concentreren op hoe we energie opwekken - en terecht - maar het is van cruciaal belang dat we ook kijken naar het energieverbruik, " zei co-auteur Dr. Xavier Moya van Cambridge's Department of Materials Science &Metallurgy.

Koeling en airconditioning verbruiken momenteel een vijfde van alle energie die wereldwijd wordt geproduceerd, en terwijl de mondiale temperaturen blijven stijgen, de vraag zal alleen maar toenemen. In aanvulling, de gassen die momenteel in de overgrote meerderheid van koelkasten en airconditioners worden gebruikt, zijn giftig, licht ontvlambare broeikasgassen die het probleem van de opwarming van de aarde alleen maar vergroten als ze in de lucht lekken.

Onderzoekers hebben geprobeerd de koeltechnologie te verbeteren door deze gassen te vervangen door vaste magnetische materialen. zoals gadolinium. Echter, de prestaties van prototype-apparaten zijn tot nu toe beperkt, aangezien de thermische veranderingen worden aangedreven door beperkte magnetische velden van permanente magneten.

In eerder dit jaar gepubliceerd onderzoek hetzelfde door Cambridge geleide team identificeerde een goedkope, algemeen verkrijgbare vaste stof die onder druk zou kunnen concurreren met conventionele koelvloeistoffen. Echter, het ontwikkelen van dit materiaal voor koelingstoepassingen zal veel nieuw ontwerpwerk met zich meebrengen, die het Cambridge-team nastreeft.

In het huidige werk de thermische veranderingen worden in plaats daarvan aangedreven door spanning. "Het gebruik van spanning in plaats van druk om koeling aan te drijven is vanuit technisch oogpunt eenvoudiger, en maakt het mogelijk om bestaande ontwerpprincipes opnieuw te gebruiken zonder dat magneten nodig zijn, ' zei Moya.

De Cambridge-onderzoekers, werken met collega's in Costa Rica en Japan, gebruikte hoogwaardige PST-lagen met daartussen metalen elektroden. Hierdoor was de PST bestand tegen veel grotere spanningen, en een veel betere koeling produceren over een veel groter temperatuurbereik.

"Het hart van prototype magnetische koelkasten vervangen door een materiaal dat beter presteert, en vereist geen permanente magneten, kan een doorbraak betekenen voor degenen die momenteel proberen de koeltechnologie te verbeteren, " zei co-auteur professor Neil Mathur.

In de toekomst, het team zal microscopie met hoge resolutie gebruiken om de PST-microstructuur te onderzoeken, en verder optimaliseren om nog grotere spanningen toe te passen.