La tecnología de enfriamiento de Phononic se basa en el enfriamiento termoeléctrico [1], que utiliza el efecto Peltier para crear un flujo de calor entre la unión de dos tipos diferentes de materiales.
Según un artículo de noticias que Phononics tiene en su sitio web [1], están aplicando una tecnología específica desarrollada en el laboratorio de un profesor McCann de la Universidad de Oklahoma. Es muy probable que se base en superredes PbSe / PbSnSe [2]. El seleniuro de plomo (PbSe) es un semiconductor IV-VI comúnmente utilizado en imágenes térmicas y se ha demostrado en los últimos años que tiene un potencial considerable para aplicaciones termoeléctricas.
Un poco de google muestra que Patrick John McCann, afiliado a la Universidad de Oklahoma, ha solicitado una patente [2], en la que se afirma que:
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Se proporciona un material termoeléctrico que tiene un alto valor de ZT. En general, el material termoeléctrico es un material termoeléctrico de película delgada que incluye una heteroestructura formada por materiales semiconductores IV-VI, donde la heteroestructura incluye al menos una capa de barrera potencial. En una realización, la heteroestructura está formada por materiales semiconductores IV-VI e incluye una primera capa de material de matriz, una capa de material de barrera potencial adyacente a la primera capa de material de matriz y formada por un material de banda ancha y una segunda capa de material de matriz que es adyacente a la capa de material de barrera potencial opuesta a la primera capa de material de matriz. Un grosor de la capa de barrera potencial es aproximadamente igual a una distancia media de camino libre para portadores de carga a una temperatura deseada.
Los bits de elección de la solicitud de patente incluyen:
El uso del material termoeléctrico 32 , 42 o 56 , que incluye una heteroestructura que incluye una o más capas de barrera potenciales, aumenta el coeficiente Seebeck del material termoeléctrico 32 , 42 o 56 en comparación con el de los materiales termoeléctricos tradicionales. Además, el uso de materiales semiconductores IV-VI reduce la conductividad térmica de la red en comparación con la de los materiales termoeléctricos tradicionales. El aumento del coeficiente de Seebeck y la conductividad térmica de la red reducida dan como resultado un alto valor de ZT para el material termoeléctrico 32 , 42 o 56 . En una realización, el valor de ZT para el material termoeléctrico 32 , 42 o 56 es mayor que 3.0 , que se predice que permitirá que los TEG generen 300 kW / m2 de potencia o más y que los TEC tengan temperaturas laterales frías muy por debajo de 200 Kelvins
Necesito explicar el significado de la declaración subrayada aquí. ZT es una ‘figura de mérito’ para la eficiencia de la capacidad de enfriamiento del material (ver la respuesta de Janakiraman Balachandran a ¿Cuáles son algunos avances recientes en termoeléctrica? Para una explicación más detallada de ZT). La mayoría de los materiales termoeléctricos comerciales tienen un ZT de 1.0, que es un poco bajo pero lo suficientemente bueno para algunas aplicaciones de enfriamiento. Sin embargo, no es lo suficientemente eficiente como para reemplazar la tecnología de refrigeración convencional. Para vencer a la tecnología de refrigeración convencional en términos de eficiencia energética y costo operativo, necesita un ZT de alrededor de 3.0, que es precisamente lo que afirma esta patente.
[Imagen tomada de http://nextbigfuture.com/2014/12…]
Hasta donde yo sé, alcanzar un ZT de 3.0 usando un material comercialmente viable es extremadamente raro (ver la tabla a continuación), aunque la microfabricación de heteroestructuras de superredes basadas en calcogenuro (probablemente la base de la tecnología de Phononic) es uno de los enfoques más nuevos utilizados para mejorar El ZT. De hecho, no tenía conocimiento de la existencia de un material con ZT> 3.0 antes de este A2A.
[Imagen tomada de http://nextbigfuture.com/2014/12…]
Si la afirmación es correcta, esto implica que la tecnología de enfriamiento activo basada en semiconductores puede reemplazar el enfriamiento convencional basado en bomba. Las posibles aplicaciones para el consumidor son unidades de refrigeración sin compresor, como refrigeradores súper silenciosos y enfriadores de vino para el hogar. También significa que un mayor porcentaje de calor residual puede reciclarse a través de la generación termoeléctrica (TEG).
Sin embargo, puede haber algunas limitaciones físicas en el alcance de la aplicación de esta tecnología, por lo que puedo deducir de la solicitud de patente.
Referencias
[1] Los chips de Phononic Devices convierten el calor residual en electricidad, un artículo de noticias citado en https://www.phononic.com/about/n…
[2] Patente US20120055528 – Materiales termoeléctricos.
Preguntas relacionadas de Quora sobre termoeléctrica:
(1) ¿Cuáles son algunos avances recientes en termoeléctrica?
(2) ¿Cuál es el mejor material termoeléctrico conocido?
