Elektriskt fält-inducerad jonisk termoelektrisk kylning
- Diarienummer
- SAB25-0005
- Projektledare
- Zhao Jonsson, Dan
- Start- och slutdatum
- 261101-271031
- Beviljat belopp
- 2 051 070 kr
- Förvaltande organisation
- Linköping University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Syftet med detta sabbatsprojekt är att etablera en ny klass av solid-state-kylsystem genom att integrera jonisk termoelektricitet (sökandens expertis) med kalorisk kylfysik, ett forskningsområde där Prof. Qians grupp har internationellt ledande kompetens. Även om joniska termoelektriska system uppvisar stark koppling mellan jontransport och värmeflöde kräver en övergång till aktiv kylning utveckling av termodynamiska ramverk, analys av kaloriska cykler samt specialiserade experimentella metoder. Arbetet genomförs genom nära samarbete på plats och organiseras i tre integrerade delar. För det första utvecklas ett enhetligt teoretiskt ramverk som kopplar jonisk Seebeck-koefficient, transportentropi och elektriskt fältinducerade kyleffekter i elektrolytsystem. För det andra designas nya elektrolytbaserade kylkomponenter genom att kombinera joniska termoelektriska arkitekturer med kaloriska kylkoncept etablerade vid värdinstitutionen. För det tredje optimeras och valideras systemens prestanda experimentellt. Förväntade resultat inkluderar ett termodynamiskt ramverk som förenar jonisk termoelektricitet och kalorisk kylning, experimentellt verifierade elektrolytbaserade kylsystem samt stärkt internationellt samarbete som leder till publikationer med hög genomslagskraft och framtida gemensamma ansökningar. Sabbatsvistelsen möjliggör även intensiv kunskapsöverföring och etablering av metodik och kapacitet för solid-state-kylning vid hemuniversitetet i Sverige.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.