Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology combineren geforceerde convectiekoeling met thermo-elektrochemische energieconversie om een ​​zelfvoorzienend vloeistofkoelsysteem te creëren. Een vloeibaar elektrolyt wordt door een cel gecirculeerd om een ​​heet voorwerp af te koelen, en de omkeerbare chemische reactie in de cel genereert een hoger elektrisch vermogen dan het hydrodynamische pompwerk dat nodig is om de vloeistof door de cel te drijven. Deze technologie lost het al lang bestaande onopgeloste probleem van het verlies van vrije energiecomponent van de thermische energie op.

Actieve koeling is cruciaal in de meeste moderne technologieën, variërend van microprocessors in datacenters tot turbines en motoren. Geforceerde convectiekoeling, die een koelvloeistof over het oppervlak van een heet voorwerp laat circuleren, is effectief om aan dergelijke koelingseisen te voldoen, maar vereist een pompvermogen om het koelmiddel door het warmtegenererende gedeelte te sturen. Echter, actieve koeling - snelle verwijdering van een grote hoeveelheid thermische energie in de warmtebron onder een groot temperatuurverschil - vernietigt onmiddellijk de vrije-energiecomponent van de thermische energie, dat is een energiegedeelte dat kan worden omgezet in een elektrisch werk. Dit probleem dat gepaard gaat met geforceerde convectiekoeling is onopgelost gebleven ondanks het wijdverbreide gebruik van geforceerde convectiekoeling in de huidige wereld.

Een specifieke methode voor het omzetten van verspilde warmte - de warmte die niet actief hoeft te worden verwijderd - in elektrische energie door middel van vloeibare chemische reacties is al tientallen jaren bestudeerd. Deze methode, zogenaamde thermo-elektrochemische conversie, omvat de onderdompeling van twee elektroden die op verschillende temperaturen worden gehouden in een vloeibaar elektrolyt dat is ingesloten in een gesloten vat, waarbij een omkeerbare reductie-oxidatie ("redox") reactie optreedt. Deze reactie genereert een elektrische stroom via een extern circuit. Onderzoek naar thermo-elektrochemische conversie is vooral uitgevoerd voor statische vloeistoffen.

In dit onderzoek, een team van onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology integreerde thermo-elektrochemische conversie met geforceerde convectiekoeling om het bovengenoemde vrije-energiegedeelte gedeeltelijk terug te winnen, momenteel verloren tijdens geforceerde convectiekoeling, in de vorm van elektrische stroom. In de cel die door deze onderzoekers is ontwikkeld, de elektrolytvloeistof wordt als koelmiddel tussen twee parallelle elektroden gevlogen, waarvan er één een warmte vrijgevend object is dat moet worden gekoeld. De redoxreactie die in de cel plaatsvindt, wekt elektriciteit op; deze elektriciteit kan worden gebruikt om de koelvloeistofstroom door de cel te sturen. Dit werk duikt in onbekend terrein, omdat het concept en de haalbaarheid van een zelfvoorzienend vloeistofkoelsysteem niet eerder zijn aangetoond.

De onderzoekers voerden gedetailleerde studies uit om te verduidelijken hoe de koeling en energieopwekking werken in dit soort geforceerde thermo-elektrochemische systemen. Deze nieuwe bevindingen zullen naar verwachting een basisstrategie bieden voor opgeschaalde toekomstige toepassingen. "Hoewel de prototypecel die in deze studie werd ontwikkeld klein was en dus de prestaties van de stroomopwekking beperkt waren, deze technologie heeft veel ruimte voor verbetering door optimalisatie van de geometrie van het vloeistofkanaal, elektrode materiaal, en de redoxchemicaliën, " merkt prof. Yoichi Murakami op, de hoofdonderzoeker van dit project.

Door verdere studies, dit door de onderzoekers voorgestelde concept kan hopelijk in de nabije toekomst worden toegepast, een nieuw technologisch platform voor geforceerde convectiekoeling. “Door deze aanpak we kunnen het vrije-energiegedeelte van de thermische energie die momenteel verloren gaat tijdens geforceerde convectiekoeling gedeeltelijk terugwinnen, en dit verkregen elektrische vermogen kan worden gebruikt voor het verpompen van het koelmiddel in geforceerde convectiekoeling, " concludeert prof. Murakami.