(Phys.org) - Des chercheurs ont construit un réfrigérateur électrocalorique de la taille d'un sous-verre qui peut générer une différence de température d'environ 2 K entre les extrémités chaude et froide de l'appareil. Le mécanisme de refroidissement, qui est basé sur l'effet électrocalorique, implique l'application et la suppression alternées d'un champ électrique à un matériau pour augmenter et diminuer la température du matériau, respectivement. La nouvelle méthode de refroidissement peut potentiellement atteindre une efficacité plus élevée que les méthodes actuelles, indiquant que les appareils de refroidissement électrocaloriques pourraient un jour remplacer les réfrigérateurs et autres appareils de refroidissement d'aujourd'hui.

"Par rapport aux méthodes de refroidissement traditionnelles, la nouvelle méthode de refroidissement décrite ici a une efficacité de refroidissement et une puissance de refroidissement plus élevées avec une taille plus compacte, " co-auteur Qiming Zhang, Professeur émérite de génie électrique et de science des matériaux à l'Université d'État de Pennsylvanie, Raconté Phys.org .

"Avec le développement continu des matériaux électrocaloriques, les dispositifs de refroidissement électrocaloriques ont le potentiel de remplacer le refroidissement traditionnel basé sur un cycle de compression de vapeur, qui est largement utilisé dans les climatiseurs et les réfrigérateurs. Spécifiquement, il peut être utilisé dans les refroidisseurs à vin, refroidissement d'ordinateur, climatisation localisée (climatiseurs distribués), applications médicales, et des véhicules électriques."

Zhang et ses coauteurs ont publié un article sur le réfrigérateur électrocalorique dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .

Bien qu'il y ait eu d'autres dispositifs de refroidissement électrocaloriques, ces appareils utilisent généralement des régénérateurs actifs comme matériaux de transfert de chaleur, et les régénérateurs actifs subissent des pertes de chaleur en raison des changements de température cycliques qu'ils doivent endurer. Le dispositif électrocalorique présenté ici n'utilise pas de régénérateurs actifs, qui offre le potentiel d'atteindre une efficacité de refroidissement et une puissance de refroidissement plus élevées.

Le nouvel appareil contient plusieurs anneaux en céramique, chacun composé d'une douzaine d'éléments de la taille d'une pièce de monnaie. Les anneaux adjacents tournent dans des directions opposées à une vitesse de plusieurs tours par minute. Lorsque les éléments d'un anneau tournent vers l'extrémité chaude, un champ électrique est appliqué aux éléments, les faisant éjecter de la chaleur. Inversement, lorsque les éléments tournent vers l'extrémité froide, le champ électrique est réduit à zéro, provoquant l'absorption de chaleur par les éléments. La chaleur est échangée entre des anneaux adjacents tournant dans des directions opposées, qui refroidit davantage l'extrémité froide et chauffe l'extrémité chaude de l'appareil.

Dans des travaux antérieurs, certains des chercheurs de la présente étude ont montré dans des simulations le fonctionnement de l'appareil, et la nouvelle étude marque la première fois qu'ils ont démontré expérimentalement le concept. Leur prototype présente une différence de température de 2 K entre les extrémités chaudes et froides, correspondant à un facteur de régénération comparable à celui des meilleurs appareils de refroidissement similaires. Étant donné que le prototype utilise des matériaux céramiques commerciaux et seulement deux anneaux électrocaloriques, les chercheurs s'attendent à ce que les performances de l'appareil puissent être considérablement améliorées avec de meilleurs matériaux et des anneaux supplémentaires. Le développement de matériaux céramiques à grands effets électrocaloriques est un domaine de recherche actif, et les chercheurs prévoient que certains de ces matériaux pourraient être parfaitement adaptés à ce type de dispositif de refroidissement.

"À l'avenir, nous nous concentrerons sur le développement de matériaux électrocaloriques (dont polymère et céramique) pouvant générer l'effet électrocalorique à très basse tension, " a déclaré Zhang. " Nous allons également travailler sur la mise à l'échelle des matériaux électrocaloriques de pointe actuels à l'échelle commerciale, qui peut être utilisé de manière fiable avec une tension appliquée inférieure à 200 volts."

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