Как быстро охладить смартфон и преобразовать его тепло в электроэнергию придумали ученые из США и Китая

Практически все электронные гаджеты ощутимо нагреваются в процессе интенсивного использования. Если тепло не отводить своевременно, это может замедлить скорость работы устройства, повредить его компоненты или даже привести к взрыву или возгоранию аккумулятора. Решая эту проблему группа ученных из Университета Уханя и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали универсальную, эффективную и недорогую технологию утилизации тепла за счет гидрогелевой пленки, которая способна не только быстро снижать температуру устройства, но и преобразовывать его тепло в электроэнергию. Результаты исследований были опубликованы в журнале «Nano Express».

Конфликт между отводом тепла и преобразованием его в электроэнергию

Многие компоненты электронного оборудования, в том числе батареи, светодиоды и микропроцессоры, в ходе своей нормальной работы выделяют тепло. Если со временем оно не рассеивается, может возникать перегрев, приводящий к снижению эффективности, точности, чувствительности и срока службы электроники.

В настоящее время для достижения эффективного отвода тепла обычно добавляют вспомогательное оборудование, такое как вентиляторы или охлаждающие жидкостные насосы, что также приводит к дополнительным затратам энергии.

Традиционные методы рекуперации тепла, например – термоэлектрические модули, обычно увеличивают тепловое сопротивление системы, что, в свою очередь, затрудняет задачу по отводу тепла и приводит к еще большему повышению температуры основных компонентов.

До сих пор ученые добивались эффективного рассеивания тепла и конвертации отработанного тепла в электричество по отдельности, но не могли одновременно реализовать эти два конфликтующих процесса в одной и той же системе.

Умный гидрогель

В ходе своей работы исследователи создали новый тип гидрогеля, в основе которого содержалась специально ионизированная вода и полиакриламид. Пленка из такого материала получила два важных тепловых свойства. Во-первых, она может поддерживать собственный уровень влажности, что решает проблему высыхания в открытых условиях окружающей среды. Во-вторых, при повышении температуры, гидрогелевая пленка испаряется и теряет часть воды, но когда температура падает, она поглощает влагу из воздуха, чтобы восстановить свое первоначальное состояние.

Разумеется, эти тепловые свойства отвечают только функциональным требованиям для быстрого рассеивания тепла. Но фактически, когда гидрогель подвергается воздействию тепла, ионы в нем задействуются в качестве переносчиков заряда между электродами и тем самым генерируют электрический ток.

Таким образом, вода и ионы новом «интеллектуальном гидрогеле» проходят два независимых термодинамических цикла. Эта тщательно продуманная схема обратимости не только решает проблему быстрого охлаждения электронных устройств, но и максимально рекуперирует избыточное тепло.

Для проверки жизнеспособности идеи ученые наложили на мобильный телефон гидрогелевую пленку толщиной 2 мм. В ходе быстрого разряда батареи было замечено, что ее температура упала на 20° C, при этом выработалось 5 мкВт электроэнергии, чего достаточно, например, для питания системы охлаждения. Также выяснилось, что уровень ионизации и толщина гидрогеля обеспечивают точную настройку времени испарения и регенерации воды.

Исследователи уверены, их работа доказывает огромный потенциал технологии в реализации одновременного охлаждения электронных устройств и преобразования отработанного тепла в электрическую энергию, что приведет к созданию нового энергоэффективного и дешевого оборудования.

Источник: acs.org