Технологии 50-х годов до сих пор в вашем холодильнике? Ученые предлагают новый принцип охлаждения без фреона и компрессоров

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Представьте себе, что ваш холодильник, этот незаменимый страж свежести продуктов, до сих пор полагается на технологии, разработанные в середине прошлого века. Звучит как анахронизм, правда? Но это так: принцип его работы основан на цикле сжатия и расширения хладагента, идея, возникшая задолго до появления микрочипов и искусственного интеллекта. Но, как говорится, «все течет, все меняется». И вот, ученые, похоже, нашли способ по-настоящему освежить эту область, предложив принципиально новый подход к охлаждению.

А что, если охлаждать электричеством?

Новая разработка, о которой сообщили исследователи в журнале Joule, задействует термогальванические элементы. Идея проста и гениальна: использовать обратимые электрохимические реакции для создания холода. В отличие от привычных холодильных систем, где хладагент сжимается компрессором, эта технология полагается на энергию, высвобождающуюся при химических превращениях.

Иллюстрация
Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Суть в том, что при протекании обратимой химической реакции, раствор способен либо нагреваться, либо охлаждаться. Термогальванические элементы как раз и используют эту особенность. Если подать электрический ток, он вынуждает раствор поглощать тепло, создавая тем самым эффект охлаждения. Звучит, как магия, правда?

Преимущества новой технологии: не только холод, но и польза

Ключевым преимуществом термогальванического охлаждения является его экономичность и экологичность. Оно потребляет гораздо меньше энергии, чем традиционные методы, и, что не менее важно, не использует вредные хладагенты. А благодаря масштабируемости, эту технологию можно применять где угодно: от крошечных носимых устройств до огромных промышленных установок.

(A) Схема термогальванической системы с использованием электролита Fe2+/3+ для электрохимического охлаждения. Синий овал представляет эндотермическую реакцию, а красный овал - экзотермическую. Серый прямоугольник представляет собой пористый сепаратор, который подавляет теплопередачу. Циркуляция электролита осуществляется с помощью насоса. (B) Соответствующая диаграмма «температура-энтропия». Энергия охлаждения (Qc) пропорциональна изменению энтропии окислительно-восстановительной реакции (ΔS). Кроме того, перепад температуры (dT) также определяется удельной теплоемкостью (cp). (C) Зависимость разности потенциалов от разности температур для электролита Fe2+/3+ при использовании чистой воды (водной) и чистого ацетонитрила (MeCN) в качестве растворителей, соответственно. Соответствующие температурные коэффициенты (α) были рассчитаны из наклона кривых. (D) Сравнение α для электролита Fe2+/3+ с использованием воды и шести нитрилов в качестве растворителей, соответственно. В качестве растворителей в эксперименте использовались чистые нитрилы, а концентрация Fe2+/3+ составляла 0,1 М. Хотя некоторые нитрилы имеют низкую растворимость в воде, они могут хорошо растворять перхлорат Fe2+/3+. (E) Химическая структура шести вышеупомянутых нитрилов и соответствующие аббревиатуры.  Цитирование:  Zeng et al., Solvation entropy engineering of thermogalvanic electrolytes for efficient electrochemical refrigeration, Joule (2025), https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101822
(A) Схема термогальванической системы с использованием электролита Fe2+/3+ для электрохимического охлаждения. Синий овал представляет эндотермическую реакцию, а красный овал — экзотермическую. Серый прямоугольник представляет собой пористый сепаратор, который подавляет теплопередачу. Циркуляция электролита осуществляется с помощью насоса. (B) Соответствующая диаграмма «температура-энтропия». Энергия охлаждения (Qc) пропорциональна изменению энтропии окислительно-восстановительной реакции (ΔS). Кроме того, перепад температуры (dT) также определяется удельной теплоемкостью (cp). (C) Зависимость разности потенциалов от разности температур для электролита Fe2+/3+ при использовании чистой воды (водной) и чистого ацетонитрила (MeCN) в качестве растворителей, соответственно. Соответствующие температурные коэффициенты (α) были рассчитаны из наклона кривых. (D) Сравнение α для электролита Fe2+/3+ с использованием воды и шести нитрилов в качестве растворителей, соответственно. В качестве растворителей в эксперименте использовались чистые нитрилы, а концентрация Fe2+/3+ составляла 0,1 М. Хотя некоторые нитрилы имеют низкую растворимость в воде, они могут хорошо растворять перхлорат Fe2+/3+. (E) Химическая структура шести вышеупомянутых нитрилов и соответствующие аббревиатуры. Цитирование: Zeng et al., Solvation entropy engineering of thermogalvanic electrolytes for efficient electrochemical refrigeration, Joule (2025), https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101822
Автор: Zeng et al. Источник: www.cell.com

Задумайтесь, это же означает, что в скором времени, возможно, не будет нужды в мощных компрессорах, постоянно потребляющих электричество. Наоборот, появится возможность точного и эффективного охлаждения там, где это действительно необходимо. Кроме того, потенциал технологии выходит далеко за рамки бытовых холодильников. Она может стать основой для создания более эффективных систем охлаждения для электроники, медицинских устройств и даже в транспорте.

Усовершенствование формулы холода

Несмотря на многообещающие перспективы, ранние версии термогальванических элементов имели ограниченную охлаждающую мощность. Но теперь ученым удалось значительно увеличить эффективность этих систем, оптимизируя состав электролита.

(A) Профили максимального падения температуры (T(t)-T(t = 0)) в реальном времени для исходного электролита (водного) и оптимизированного электролита (MeCN). (B) Сравнение стабильного падения температуры при различных значениях напряжения (Vin) для исходного электролита и оптимизированного электролита. Данные представлены как среднее ± SEM. (C) Фотография статического устройства (основанного на изотермическом цикле), которое было разработано для визуальной демонстрации эффекта охлаждения. Желтая масштабная линейка обозначает 5 мм. (D) Инфракрасная фотография поперечного сечения статического устройства до (слева) и после (справа) включения, демонстрирующая явный эффект охлаждения. Область инфракрасной фотографии и электролит отмечены фиолетовым и черным пунктиром соответственно. Цитирование:  Zeng et al., Solvation entropy engineering of thermogalvanic electrolytes for efficient electrochemical refrigeration, Joule (2025), https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101822
(A) Профили максимального падения температуры (T(t)-T(t = 0)) в реальном времени для исходного электролита (водного) и оптимизированного электролита (MeCN). (B) Сравнение стабильного падения температуры при различных значениях напряжения (Vin) для исходного электролита и оптимизированного электролита. Данные представлены как среднее +- SEM. (C) Фотография статического устройства (основанного на изотермическом цикле), которое было разработано для визуальной демонстрации эффекта охлаждения. Желтая масштабная линейка обозначает 5 мм. (D) Инфракрасная фотография поперечного сечения статического устройства до (слева) и после (справа) включения, демонстрирующая явный эффект охлаждения. Область инфракрасной фотографии и электролит отмечены фиолетовым и черным пунктиром соответственно. Цитирование: Zeng et al., Solvation entropy engineering of thermogalvanic electrolytes for efficient electrochemical refrigeration, Joule (2025), https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101822
Автор: Zeng et al. Источник: www.cell.com

Они сосредоточились на химических веществах, участвующих в электрохимической реакции. Экспериментируя с различными солями железа и растворителями, они смогли найти оптимальное сочетание. Так, использование гидратированной соли железа с перхлоратом и растворителей на основе нитрилов, показало впечатляющие результаты: охлаждающая способность системы увеличилась на 70%, достигнув рекордных 1.42 К. По сравнению с прежними показателями в 0.1 К, это поистине огромный скачок.

Что ждет нас в будущем?

Разумеется, до массового внедрения технологии еще далеко. Ученые продолжают работу по оптимизации системы, повышению ее стабильности и масштабируемости. Они также занимаются разработкой прототипов холодильников и ищут партнеров для коммерциализации этой революционной технологии.

Позвольте пояснить: речь идет не о банальном усовершенствовании уже имеющихся холодильников, а о совершенно новом подходе к охлаждению. Возможно, уже в обозримом будущем мы увидим, как на наших кухнях появятся устройства, работающие по принципам, которые сейчас кажутся почти фантастическими. Холодильники будущего, основанные на термогальванических элементах, обещают стать не только более эффективными и экологичными, но и более тихими, и долговечными. И кто знает, возможно, это лишь первый шаг на пути к совершенно новым технологиям охлаждения, которые изменят наш мир.

8 комментариев

Добавить комментарий

S
Обычно, обычно, термогальванические элементы потребляют в разы больше энергии, чем потребляют газы, кпд бывает в 3-4 раза хуже.
Поэтому, несмотря на то, что термогальванические элементы пытаются использовать для охлаждения компьютеров последние лет 10, все попытки провалились с коммерческой точки зрения.
Неужели этим гражданам удалось обмануть физику?
1
Тут главное обмануть покупателя.
B
Скорее привлечь и пилить гранты. Редко — обуть инвестора. До массового покупателя «гениальное и перспективное» добирается крайне редко
k
Тут походу вообще тухлятина намечается для потребителя — судя по процессу обмена и наличию электролита производители холодильников планируют поставлять их с этаким аккумулятором, за счет ресурсов которого и происходит охлаждение/нагрев радиаторов внутри/снаружи холодильной установки.
Аккумулятор, разумеется, будет иметь конечный срок службы. И теперь, купив холодильник, Вы будете раз в год бегать в магазин за фирменным аккумулятором. Это всё равно что встроить в стиралку и посудомойку сменные проточные фильтры для воды, без которых она работать не будет. Профит!
Всё это потребителю обоснуют заботой об экологии (нет фреонам!), надежностью изделия (без компрессора) и экономичностью (в статье уже написано про ужасные компрессоры, постоянно потребляющие электричество!). Ну а то, что потребитель теперь денег отдаст больше — ну на то он и потребитель.
u
Само электричество еще бОльший анахронизм, чем холодильник, изобретенный даже не в середине прошлого, а в середине позапрошлого века.
Так что, надо отказаться срочно и придумать что-нибудь новое!
vladsad
я не внимателен, хз… но если вы имеете ввиду амиачные технологии ссср, то я категорически против. А вот тстариые два холодилтника, которым больше чем мне, которые еще деду моему служили, компрессорные, с фрионом, вот то да, огонь! И поныне работают, хоть и ржавые, но вдумайтесь, сколько им лет!
C
От абсорбционников вроде отказались везде, на работе есть встраиваемые аммиачные холодильники Liebherr, когда-то поставленные с мебелью, там вид сзади озадачивает несведущего :).
a
potential COP of 14.3 неплохо учитывая что в компрессорах максимум 5

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор игровой механической клавиатуры на магнитных переключателях Epomaker HE60 V2

Игровые клавиатуры с магнитными переключателями постепенно становятся популярнее благодаря возможности регулировать точку срабатывания клавиш, использовать аналоговый ввод и настраивать...

Зачем ресиверу Marantz 2252B два входа для винила: инженерный расчет 1977 года против аудиомифов

В 1977 году компания Marantz выпустила интегральный стереоресивер Model 2252B массой 14,2 кг, выдававший 52 Вт на канал при нагрузке 8 Ом с коэффициентом гармонических искажений менее 0,05%....

Обзор портативного паяльника Alientek T80P: подробный тест точности нагрева и поддержания температуры

Развитие микроэлектроники и импульсных силовых устройств привело к постепенному вытеснению классических громоздких сетевых паяльных станций высокоэффективными портативными решениями. Появление...

Венский шницель: как тонкая телятина получает воздушную хрустящую панировку, которая не должна плотно прилипать к мясу

У хорошего венского шницеля есть странная особенность: его панировка ведёт себя так, будто хочет отделиться от мяса. Она поднимается пузырями, образует складки и местами оставляет между собой и...

Можно ли охладить Венеру и сделать её пригодной для жизни

Венера почти такого же размера, как Земля, а сила тяжести на ней лишь немного меньше земной. При этом на её поверхности температура достигает 465 градусов, а плотная углекислотная атмосфера...

Закрытый кузов, полный привод и «пневма»: каким мог стать наследник ЛуАЗа

Маленький ЛуАЗ охотно покупали для деревни, рыбалки и поездок по таким дорогам, куда на обычной легковушке лучше было не сворачивать. На шоссе удовольствия от него было гораздо меньше: тесный...