Un remplacement prometteur pour les gaz à effet de serre toxiques et inflammables qui sont utilisés dans la plupart des réfrigérateurs et des climatiseurs a été identifié par des chercheurs de l'Université de Cambridge.

Le dispositif est basé sur des couches d'un matériau composé d'oxygène et de trois éléments métalliques appelés PST, et il affiche les effets électrocaloriques les plus importants (changements de température lorsqu'un champ électrique est appliqué) encore observés dans un corps suffisamment grand pour des applications de refroidissement.

Les résultats, rapporté dans le journal La nature , pourrait être utilisé dans le développement de réfrigérateurs et de climatiseurs à semi-conducteurs hautement efficaces, sans avoir besoin d'aimants encombrants et coûteux.

« Face à un défi aussi grand que le changement climatique et la réduction des émissions de carbone à zéro net, nous avons tendance à nous concentrer sur la façon dont nous produisons de l'énergie - et à juste titre - mais il est essentiel que nous examinions également la consommation d'énergie, ", a déclaré le co-auteur, le Dr Xavier Moya du Département des sciences des matériaux et de la métallurgie de Cambridge.

La réfrigération et la climatisation consomment actuellement un cinquième de toute l'énergie produite dans le monde, et alors que les températures mondiales continuent d'augmenter, la demande ne fera que continuer à augmenter. En outre, les gaz actuellement utilisés dans la grande majorité des réfrigérateurs et climatiseurs sont toxiques, gaz à effet de serre hautement inflammables qui ne font qu'aggraver le problème du réchauffement climatique lorsqu'ils s'échappent dans l'air.

Les chercheurs ont essayé d'améliorer la technologie de refroidissement en remplaçant ces gaz par des matériaux magnétiques solides, comme le gadolinium. Cependant, les performances des dispositifs prototypes ont été limitées à ce jour, car les changements thermiques sont entraînés par des champs magnétiques limités provenant d'aimants permanents.

Dans une étude publiée plus tôt cette année, la même équipe dirigée par Cambridge a identifié un solide largement disponible qui pourrait concurrencer les liquides de refroidissement conventionnels lorsqu'il est mis sous pression. Cependant, le développement de ce matériau pour les applications de refroidissement impliquera beaucoup de nouveaux travaux de conception, que l'équipe de Cambridge poursuit.

Dans les travaux en cours, les changements thermiques sont plutôt entraînés par la tension. "L'utilisation de la tension au lieu de la pression pour piloter le refroidissement est plus simple d'un point de vue technique, et permet aux principes de conception existants d'être réutilisés sans avoir besoin d'aimants, " dit Moya.

Les chercheurs de Cambridge, travailler avec des collègues au Costa Rica et au Japon, utilisé des couches de PST de haute qualité avec des électrodes métalliques prises en sandwich entre les deux. Cela a rendu le PST capable de supporter des tensions beaucoup plus importantes, et produisent un bien meilleur refroidissement sur une plage de températures beaucoup plus large.

« Remplacer le cœur des prototypes de réfrigérateurs magnétiques par un matériau plus performant, et ne nécessite pas d'aimants permanents, pourrait changer la donne pour ceux qui essaient actuellement d'améliorer la technologie de refroidissement, " a déclaré le co-auteur, le professeur Neil Mathur.

Dans le futur, l'équipe utilisera la microscopie à haute résolution pour examiner la microstructure du PST, et l'optimiser davantage afin d'appliquer des tensions encore plus importantes.