Sistema revolucionario de refrigeración termoeléctrica mejora rendimiento de computadoras y baterías

Investigadores demuestran nuevo sistema de refrigeración con 2 tipos diferentes de materiales termoeléctricos.

Acelera calor más eficientemente en su dirección natural —de objeto caliente a alrededores relativamente fríos.

Cómo lo hicieron

Para diseñar dispositivos de refrigeración termoeléctrica efectivos, el equipo seleccionó material basado en figura de mérito zT, usada para determinar rendimiento de módulos termoeléctricos, incluyendo módulos de refrigeración.

Referencia: APS Physics | DOI:10.1103/PhysRevApplied.11.054008

Material que transporta mucho calor (por corrientes eléctricas) tendría alto zT. Estos materiales típicamente tienen baja conductividad térmica, así no permiten calor fluir de vuelta a través del equipo al objeto frío. Sin embargo, calor se disipa naturalmente cuando objeto está caliente.

Consideremos condición normal de refrigeración donde objeto caliente se une a equipo termoeléctrico rodeado por reservorio relativamente frío. Al aplicar voltaje, electrones y huecos (portadores de carga que transportan calor) fluyen de región caliente a fría.

Diferencia entre refrigeración activa y refrigeración pasiva | Cortesía de investigadores

Para hacer refrigeración más eficiente, el equipo desarrolló nueva figura de mérito llamada conductividad térmica efectiva. Representa suma de conductividad térmica activa (se enciende al aplicar voltaje) y pasiva (normal).

Usaron dos materiales con grandes conductividades térmicas efectivas:

1. Metales de arrastre magnón (cobalto), donde electrones interactúan con magnones y transportan calor extra.
2. Metales de efecto Kondo (cerio-paladio), donde electrones interactúan fuertemente entre sí, aumentando calor asociado a cada electrón (hueco) conductor.

Investigadores usaron estos materiales para construir un enfriador Peltier y lo colocaron entre reservorios frío y caliente. Testaron dispositivo en modo pasivo y activo.

Al aplicar 5 amperios, dispositivo drenó casi 0,1 vatios más de calor del reservorio caliente que con corriente cero. Basado en diferencia de temperatura, modo activo registró 1000 vatios/metro-kelvin, mientras modo pasivo alcanzó 40 vatios/metro-kelvin.

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Estos enfriadores de doble modo podrían beneficiar procesadores. Podría trabajar en modo pasivo cuando procesos de cómputo son pocos, y cambiar a activo cuando uso de CPU es alto.