Una investigación realizada por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong ha demostrado que la tecnología termogalvánica tiene un potencial prometedor como mecanismo de enfriamiento y podría ser una alternativa sostenible a la tecnología de compresión de vapor que se utiliza actualmente en la mayoría de los refrigeradores.

Las células electroquímicas que podrían alimentar los refrigeradores del futuro

La refrigeración comercial y los sistemas de aire acondicionado requieren una renovación urgente para ser más eficientes y sostenibles.

El auge de los proyectos de inteligencia artificial ha incrementado de manera significativa la demanda de centros de datos, los cuales generan enormes cantidades de calor y requieren sistemas de refrigeración eficientes para mantener una temperatura funcional. Actualmente, la mayoría de estos sistemas se basan en la compresión de vapor, un método ampliamente utilizado en automóviles, edificios e industrias. Sin embargo, este proceso sigue dependiendo en gran medida de refrigerantes químicos perjudiciales para el medio ambiente.

A pesar de los avances en refrigeración, las células termogalvánicas no han sido seriamente consideradas como una alternativa viable. Históricamente, sus principios subyacentes han sido vistos como más adecuados para la generación de calor que para el enfriamiento. Estas células emplean reacciones electroquímicas reversibles para generar electricidad, aprovechando el transporte de entropía desde una fuente de alta temperatura hasta un sumidero de menor temperatura. Aunque los sistemas termogalvánicos inversos son teóricamente factibles, durante mucho tiempo se consideró que su aplicación era demasiado costosa e ineficiente para justificar su uso.

Sin embargo, gracias a modificaciones químicas recientes, los investigadores creen que la refrigeración termogalvánica podría convertirse en una solución viable. Esta tecnología podría aplicarse en dispositivos portátiles de enfriamiento, sistemas de aire acondicionado domésticos e incluso en los grandes centros de datos de inteligencia artificial. Estos avances han sido detallados en un estudio publicado el 30 de enero en la revista Joule, desarrollado por un equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, en China.

Según Jiangjian Duan, autor principal del estudio, «los estudios previos se centraban principalmente en el diseño de sistemas originales y simulaciones numéricas. Nuestro trabajo presenta una estrategia racional y universal para el diseño de electrolitos termogalvánicos, logrando un rendimiento de refrigeración récord, con potencial para aplicaciones prácticas«.

Las células termogalvánicas convencionales dependen de reacciones redox electroquímicas, en las que iones de hierro disueltos pierden un electrón y absorben calor en el proceso. Posteriormente, estos iones recuperan el electrón y liberan calor. Mientras la primera reacción enfría la solución electrolítica circundante, un sumidero de calor disipa la energía térmica.

El equipo de Duan optó por una solución electroquímica que emplea sal de hierro hidratada con perclorato. Este cambio mejora la disolución y disociación de los iones de hierro. Además, cuando se utiliza un disolvente con nitrilo en lugar de agua, la capacidad de enfriamiento de la célula aumenta aproximadamente un 70 %. Estudios previos lograron un factor de enfriamiento termogalvánico de alrededor de 0,1 K (32,18 °F), mientras que la nueva iteración desarrollada por el equipo alcanzó un factor de aproximadamente 1,42 K (34,55 °F). Aunque este incremento pueda parecer mínimo, representa un salto significativo en eficiencia y viabilidad económica.

Según Duan, «aunque nuestro electrolito avanzado es comercialmente viable, se requieren más esfuerzos en el diseño del sistema, la escalabilidad y la estabilidad para impulsar la aplicación práctica de esta tecnología«.

En el futuro, el equipo planea desarrollar nuevos diseños físicos y materiales avanzados para mejorar el potencial de enfriamiento general. También tienen previsto trabajar en prototipos funcionales de refrigeradores, con el objetivo de implementarlos en centros de fabricación e incluso en los centros de datos de inteligencia artificial, que enfrentan crecientes desafíos en la gestión térmica.

Este avance en la refrigeración sostenible podría marcar un hito en la reducción de la dependencia de refrigerantes contaminantes y en la mejora de la eficiencia energética global.

Fuente: ecoinventos.com