Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio combinan el enfriamiento por convección forzada con la conversión de energía termoelectroquímica para crear un sistema de enfriamiento líquido autosostenible. Se hace circular un electrolito líquido a través de una celda para enfriar un objeto caliente, y la reacción química reversible en la celda genera una potencia eléctrica mayor que el trabajo de bomba hidrodinámico requerido para impulsar el líquido a través de la celda. Esta tecnología resuelve el problema no abordado de larga data de la pérdida del componente de energía libre de la energía térmica.

El enfriamiento activo es crucial en la mayoría de las tecnologías modernas, desde microprocesadores en centros de datos hasta turbinas y motores. Refrigeración por convección forzada, que hace circular un líquido refrigerante sobre la superficie de un objeto caliente, es eficaz para cumplir con dichos requisitos de refrigeración, pero exige una potencia de bombeo para enviar el refrigerante a través de la sección de generación de calor. Sin embargo, enfriamiento activo (eliminación rápida de una gran cantidad de energía térmica en la fuente de calor bajo una gran diferencia de temperatura) destruye rápidamente el componente de energía libre de la energía térmica, que es una porción de energía que se puede convertir en una obra eléctrica. Este problema concomitante con el enfriamiento por convección forzada no se ha abordado a pesar del uso generalizado del enfriamiento por convección forzada en el mundo actual.

Durante varias décadas se ha estudiado un método específico para convertir el calor desperdiciado, el calor que no necesita eliminarse activamente, en energía eléctrica a través de reacciones químicas líquidas. Este método, llamada conversión termoelectroquímica, implica la inmersión de dos electrodos mantenidos a diferentes temperaturas en un electrolito líquido encerrado en un recipiente cerrado, donde se produce una reacción reversible de reducción-oxidación ("redox"). Esta reacción genera una corriente eléctrica a través de un circuito externo. La investigación sobre conversión termoelectroquímica se ha llevado a cabo principalmente para fluidos estáticos.

En este estudio, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio integró la conversión termoelectroquímica con enfriamiento por convección forzada para recuperar parcialmente la porción de energía libre mencionada anteriormente, actualmente se pierde durante el enfriamiento por convección forzada, en forma de energía eléctrica. En la célula desarrollada por estos investigadores, el líquido electrolítico fluye como refrigerante entre dos electrodos paralelos, uno de los cuales es un objeto que libera calor para ser enfriado. La reacción redox que ocurre en la celda genera electricidad; esta electricidad se puede utilizar para impulsar el flujo de refrigerante a través de la celda. Esta obra se adentra en un territorio inexplorado, ya que el concepto y la viabilidad del sistema autónomo de refrigeración por líquido no se han demostrado previamente.

Los investigadores llevaron a cabo estudios detallados para dilucidar cómo funciona la refrigeración y la generación de energía en este tipo de sistema termoelectroquímico de flujo forzado. Se espera que estos nuevos hallazgos proporcionen una estrategia básica para futuras aplicaciones ampliadas. "Aunque la celda prototipo desarrollada en este estudio era pequeña y, por lo tanto, el rendimiento de la generación de energía era limitado, esta tecnología tiene mucho margen de mejora mediante la optimización de la geometría del canal de líquido, material de electrodo, y los químicos redox, "comenta el profesor Yoichi Murakami, el investigador principal de este proyecto.

A través de estudios adicionales, este concepto propuesto por los investigadores puede encontrar su aplicación en un futuro próximo, proporcionando una nueva plataforma tecnológica para el enfriamiento por convección forzada. "A través de este enfoque, podemos recuperar parcialmente la parte de energía libre de la energía térmica que se pierde actualmente durante el enfriamiento por convección forzada, y esta energía eléctrica adquirida se puede utilizar para bombear el refrigerante en refrigeración por convección forzada, "concluye el profesor Murakami.