Các nhà nghiên cứu tại trường đại học Johns Hopkins đã đạt được một bước đột phá lớn trong công nghệ làm mát nhiệt điện, gần như tăng gấp đôi hiệu suất của các bộ làm mát Peltier truyền thống. Tuy nhiên, cộng đồng công nghệ vẫn thận trọng lạc quan về tác động thực tế của nó, vì những thiết bị này vẫn tụt hậu đáng kể so với các bơm nhiệt thông thường về hiệu suất tổng thể.
Công nghệ CHESS (Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures) mới đại diện cho một thập kỷ nghiên cứu về vật liệu được thiết kế ở cấp độ nano. Trong khi việc cải thiện hiệu suất 100% nghe có vẻ ấn tượng trên lý thuyết, các cuộc thảo luận trong cộng đồng làm nổi bật một thực tế quan trọng về những hạn chế cơ bản của công nghệ làm mát nhiệt điện.
Cải tiến hiệu suất công nghệ CHESS:
- Hiệu suất cấp vật liệu: cải thiện ~100% so với vật liệu nhiệt điện truyền thống
- Hiệu suất cấp thiết bị: cải thiện 75% trong các mô-đun nhiệt điện
- Hiệu suất cấp hệ thống: cải thiện 70% trong hệ thống làm lạnh tích hợp
- Sử dụng vật liệu: 0,003 cm khối trên một đơn vị (kích thước hạt cát)
- Sản xuất: Sử dụng phương pháp sản xuất bán dẫn MOCVD đã được thiết lập
Tăng hiệu suất gặp phải thực tế khắc nghiệt
Phản ứng của cộng đồng cho thấy cảm xúc lẫn lộn về tiến bộ này. Trong khi các nhà nghiên cứu đạt được cải thiện gần 100% trong điều kiện phòng thí nghiệm, tương đương với hiệu suất tốt hơn 75% trong các thiết bị thực tế, công nghệ này vẫn phải đối mặt với những trở ngại đáng kể. Các bộ làm mát nhiệt điện hiện tại nổi tiếng kém hiệu quả so với các phương pháp làm lạnh truyền thống.
Bạn có thể tăng gấp đôi tốc độ của một con sên nhưng không thể khiến nó làm được điều gì có ý nghĩa như một con vật nuôi hữu ích trong gia đình.
Phép so sánh này nắm bắt được mối quan tâm chính của cộng đồng: ngay cả khi tăng gấp đôi hiệu suất, công nghệ làm mát nhiệt điện vẫn kém hiệu quả hơn 3-5 lần so với bơm nhiệt. Vật lý cơ bản của việc làm mát bằng thay đổi pha trong tủ lạnh truyền thống vẫn cung cấp hiệu suất vượt trội cho hầu hết các ứng dụng.
So sánh hiệu suất:
- Làm mát nhiệt điện CHESS : hiệu suất gấp 2 lần so với làm mát nhiệt điện truyền thống
- Bơm nhiệt: Vẫn hiệu quả hơn 3-5 lần so với làm mát nhiệt điện cải tiến
- Ứng dụng mục tiêu: Thiết bị di động, chân tay giả, làm mát quy mô nhỏ
- Hạn chế: Không phù hợp để thay thế hệ thống HVAC quy mô lớn
Các ứng dụng thích hợp cho thấy tiềm năng
Bất chấp những hạn chế về hiệu suất, cộng đồng nhận ra các trường hợp sử dụng có giá trị mà công nghệ làm mát nhiệt điện tỏa sáng. Việc công nghệ này không có bộ phận chuyển động và kích thước nhỏ gọn khiến nó trở nên lý tưởng cho các thiết bị di động, làm mát máy tính và các ứng dụng chuyên biệt như chân tay giả. Vật liệu CHESS sử dụng không gian rất nhỏ - chỉ 0.003 centimet khối mỗi đơn vị, khoảng bằng kích thước của một hạt cát.
Quy trình sản xuất cũng mang lại những lợi thế. Việc sử dụng các kỹ thuật MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) đã được thiết lập có nghĩa là công nghệ này có thể tận dụng cơ sở hạ tầng sản xuất chất bán dẫn hiện có, có khả năng giảm chi phí thông qua sản xuất hàng loạt.
 |
|---|
| Biểu diễn kỹ thuật số của đột phá trong công nghệ làm mát cho thấy những tiến bộ được thực hiện trong lĩnh vực này thông qua nghiên cứu tại Đại học Johns Hopkins |
Tác động đến khí hậu vẫn còn hạn chế
Trong khi một số thành viên cộng đồng thấy tiềm năng giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch thông qua hệ thống điều hòa không khí tốt hơn, những người khác vẫn hoài nghi. Khoảng cách về hiệu suất có nghĩa là công nghệ làm mát nhiệt điện sẽ không thay thế bơm nhiệt cho các hệ thống HVAC quy mô lớn trong thời gian tới. Tuy nhiên, công nghệ này có thể tìm thấy thành công trong các ứng dụng làm mát chuyên biệt mà máy nén truyền thống không thực tế.
Nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiếp tục cải thiện hiệu suất và mở rộng quy mô lên các hệ thống làm lạnh lớn hơn. Hiện tại, bước đột phá này đại diện cho tiến bộ có ý nghĩa trong một công nghệ thích hợp hơn là một cuộc cách mạng trong hệ thống làm mát.
Tham khảo: New cooling breakthrough nearly doubles efficiency