Electric-Field-Driven Ionic Thermoelectric Cooling
- Reference number
- SAB25-0005
- Project leader
- Zhao Jonsson, Dan
- Start and end dates
- 261101-271031
- Amount granted
- 2 051 070 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The objective of this sabbatical is to establish a new class of solid-state cooling systems by integrating ionic thermoelectrics (applicant’s expertise) with caloric cooling physics, a research direction in which the host group has demonstrated internationally leading contributions. While ionic thermoelectrics offer strong coupling between ion transport and heat flow, extending these systems toward active cooling requires thermodynamic frameworks and experimental methodologies. The work will be conducted through on-site collaboration and organized into three integrated parts. First, we will develop a unified theoretical framework linking ionic Seebeck coefficients, transport entropy, and electric-field-driven cooling effects in electrolyte systems. Second, novel electrolyte-based cooling devices will be designed by combining ionic thermoelectric architectures with caloric cooling concepts established in the host group. Third, device performance will be optimized and validated. Expected outcomes include a unified thermodynamic framework bridging ionic thermoelectrics and caloric cooling, experimentally validated electrolyte-based cooling devices, and strengthened international collaboration leading to high-impact publications and future joint funding. The sabbatical will serve as an intensive knowledge-transfer period, enabling the applicant to establish solid state cooling methodologies and capabilities at the home institution in Sweden.
Popular science description
Kylteknik är avgörande för det moderna samhället. Den reglerar temperaturen i byggnader, möjliggör tillförlitlig elektronik och blir allt viktigare i takt med att digitalisering och elektrifiering accelererar. I dag bygger nästan all kylning på ångkompressionsteknik, som förbrukar stora mängder energi, använder miljöskadliga köldmedier och är svår att miniaturisera eller integrera i framtida flexibla och kompakta system. Att utveckla alternativa, energieffektiva kyltekniker är därför en central utmaning för en hållbar teknologisk utveckling. Detta sabbatsprojekt undersöker en fundamentalt ny metod för solid-state-kylning baserad på elektrolytmaterial, där värme styrs direkt med elektriska fält. I stället för kompressorer eller cirkulerande vätskor bygger konceptet på att joner rör sig i mjuka material och därigenom transporterar värme. Sådana system är lätta, mekaniskt flexibla och kan tillverkas av rikligt förekommande och miljövänliga grundämnen, vilket gör dem attraktiva för framtida energieffektiva kylösningar. Projektet kombinerar två forskningsområden som hittills i stort sett har utvecklats oberoende av varandra. Joniska termoelektriska material, där den sökande har gjort banbrytande insatser, kännetecknas av en stark koppling mellan jontransport och termiska effekter. Kalorisk kylning, där elektriska fält används för att åstadkomma kontrollerad uppvärmning och nedkylning, är ett snabbt växande forskningsfält där värdgruppen ledd av professor Xiaoshi Qian är internationellt ledande. Genom att förena dessa områden syftar projektet till att etablera en ny klass av elektrolytbaserade kylkomponenter som fungerar utan kompressorer, rörliga delar eller traditionella köldmedier. Under sabbatsvistelsen kommer den sökande att arbeta på plats tillsammans med Prof. Qians grupp för att utveckla den teoretiska förståelsen, de experimentella metoderna och de komponentkoncept som krävs för att förverkliga denna nya kylprincip. Den kunskap och de tekniker som utvecklas kommer att överföras till Sverige och möjliggöra etableringen av en ny forskningsinriktning vid hemuniversitetet. På längre sikt kan forskningen bidra till energieffektiv temperaturkontroll för elektronik, sensorer och bärbara system, och därigenom stärka Sveriges position inom hållbar materialforskning och nästa generations energiteknik.