De koelkast die zo trouw je hapjes en drankjes op temperatuur houdt, draait nog op 70 jaar oude technologie. Dat kan een stuk efficiënter en milieuvriendelijker, hebben Chinese wetenschappers ontdekt.
Het team meldt dat zogenaamde thermogalvanische cellen – die een verkoelend effect bieden via een omkeerbare elektrochemische reactie – een ware koelkastrevolutie in gang kunnen zetten. Maar dan heb je wel de goede elektrolytoplossing nodig.
De technologie verbruikt veel minder energie, schrijven de onderzoekers. Bovendien is hij breed inzetbaar, van draagbare koelsystemen tot industriële toepassingen.
Thermogalvanische cellen zetten warmte om in elektrische energie via elektrochemische reacties. Door het proces om te keren en elektrische stroom toe te voegen, kunnen deze cellen zorgen voor verkoeling. Tot nu toe bleef het koelvermogen van deze technologie beperkt, maar het team van hoofdonderzoeker Jiangjiang Duan van de Huazhong Universiteit in Wuhan heeft een spectaculaire doorbraak bereikt door de chemische samenstelling van de cellen te optimaliseren, en het koeleffect met meer dan 1300 procent te vergroten. “De toepassing van thermogalvanische technologie komt steeds dichterbij in ons dagelijks leven, of het nu gaat om schone elektriciteit of energiezuinige koeling”, vertelt een enthousiaste Duan.
Ferry nICE
De nieuwe koeltechnologie werkt op basis van redoxreacties waarbij opgeloste ijzerionen een sleutelrol spelen. In de ene fase van de reactie verliezen de ijzerionen een elektron en nemen ze warmte op (Fe³⁺ → Fe²⁺). In de andere fase krijgen ze een elektron terug en geven ze warmte af (Fe²⁺ → Fe³⁺). De eerste reactie koelt de omringende vloeistof, terwijl de warmte die vrijkomt bij de tweede reactie wordt afgevoerd via een warmtewisselaar.
De onderzoekers verbeterden het koelvermogen van de thermogalvanische cellen enorm door te experimenteren met het soort oplosmiddel en de opgeloste stoffen in de elektrolytoplossing. Ze gebruikten een gehydrateerd ijzerzout met perchloraat, wat ervoor zorgt dat de ijzerionen beter oplossen en vrijer kunnen bewegen. Bovendien verhoogt het gebruik van een oplosmiddel met nitril in plaats van puur water het koelvermogen met 70 procent. Het team kreeg het uiteindelijk voor elkaar om de vloeistof rondom het geoptimaliseerde systeem 1,42 graden Celsius af te laten koelen. Dit is een enorme verbetering ten opzichte van eerdere thermogalvanische systemen, die niet meer dan 0,1 graad verkoeling wisten te behalen.
Toekomstige toepassingen en verbeteringen
Het onderzoeksteam is vastbesloten om de technologie verder te ontwikkelen en te commercialiseren. “Het ziet er goed uit voor onze geavanceerde elektrolyt. Het plan is commercieel haalbaar, al zijn er verdere verbeteringen in ontwerp, schaalbaarheid en stabiliteit nodig om deze technologie praktisch toepasbaar te maken”, zegt Duan. De wetenschappers gaan de komende tijd experimenteren met nieuwe materialen en mechanismen om de koelprestaties te verbeteren. Daarnaast werken ze aan prototypes van thermogalvanische koelkasten en zijn ze naarstig op zoek naar samenwerkingen met innovatieve bedrijven om de technologie op de markt te brengen.