Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo combinent le refroidissement par convection forcée avec la conversion d'énergie thermo-électrochimique pour créer un système de refroidissement liquide autonome. Un électrolyte liquide circule dans une cellule pour refroidir un objet chaud, et la réaction chimique réversible dans la cellule génère une puissance électrique plus élevée que le travail de pompe hydrodynamique requis pour conduire le liquide à travers la cellule. Cette technologie résout le problème non résolu de longue date de la perte de la composante d'énergie libre de l'énergie thermique.

Le refroidissement actif est crucial dans la plupart des technologies modernes, allant des microprocesseurs dans les centres de données aux turbines et aux moteurs. Refroidissement par convection forcée, qui fait circuler un fluide caloporteur sur la surface d'un objet chaud, est efficace pour répondre à de telles exigences de refroidissement mais nécessite une puissance de pompage pour envoyer le liquide de refroidissement à travers la section de génération de chaleur. Cependant, refroidissement actif - élimination rapide d'une grande quantité d'énergie thermique dans la source de chaleur sous une grande différence de température - détruit rapidement la composante d'énergie libre de l'énergie thermique, qui est une portion d'énergie qui peut être convertie en un travail électrique. Ce problème concomitant avec le refroidissement par convection forcée n'a pas été résolu malgré l'utilisation généralisée du refroidissement par convection forcée dans le monde actuel.

Une méthode spécifique pour convertir la chaleur perdue - la chaleur qui n'a pas besoin d'être activement éliminée - en énergie électrique par le biais de réactions chimiques liquides a été étudiée pendant plusieurs décennies. Cette méthode, appelée conversion thermo-électrochimique, implique l'immersion de deux électrodes maintenues à des températures différentes dans un électrolyte liquide enfermé dans un récipient fermé, où une réaction réversible de réduction-oxydation ("redox") se produit. Cette réaction génère un courant électrique à travers un circuit externe. Les recherches sur la conversion thermo-électrochimique ont été principalement menées pour les fluides statiques.

Dans cette étude, une équipe de chercheurs du Tokyo Institute of Technology a intégré la conversion thermo-électrochimique avec refroidissement par convection forcée pour récupérer en partie la partie d'énergie libre susmentionnée, actuellement perdu lors du refroidissement par convection forcée, sous forme d'énergie électrique. Dans la cellule développée par ces chercheurs, le liquide d'électrolyte s'écoule comme réfrigérant entre deux électrodes parallèles, dont l'un est un objet dégageant de la chaleur à refroidir. La réaction redox qui se produit dans la cellule génère de l'électricité; cette électricité peut être utilisée pour conduire le flux de liquide de refroidissement à travers la cellule. Ce travail explore un territoire inexploré, car le concept et la faisabilité d'un système de refroidissement liquide autonome n'ont pas encore été démontrés.

Les chercheurs ont mené des études détaillées pour élucider le fonctionnement du refroidissement et de la production d'électricité dans ce type de système thermo-électrochimique à flux forcé. Ces nouvelles découvertes devraient fournir une stratégie de base pour les applications futures à plus grande échelle. « Bien que la cellule prototype développée dans cette étude était petite et que les performances de production d'énergie étaient donc limitées, cette technologie est largement perfectible en optimisant la géométrie du canal liquide, matériau d'électrode, et les produits chimiques redox, " remarque le Pr Yoichi Murakami, le chercheur principal de ce projet.

Grâce à d'autres études, ce concept proposé par les chercheurs pourra, espérons-le, trouver son application dans un futur proche, fournissant une nouvelle plate-forme technologique pour le refroidissement par convection forcée. « Par cette approche, on peut récupérer partiellement la partie énergie libre de l'énergie thermique actuellement perdue lors du refroidissement par convection forcée, et cette puissance électrique acquise peut être utilisée pour pomper le fluide caloporteur en refroidissement par convection forcée, " conclut le Pr Murakami.