Système de refroidissement thermoélectrique révolutionnaire améliore les performances des ordinateurs et batteries

Alors que les puces informatiques, lasers, batteries et électronique de puissance évoluent vers des conceptions plus compactes avec des densités de puissance plus élevées, elles nécessitent une technologie de gestion thermique plus sophistiquée. Ces dispositifs utilisent le refroidissement thermoélectrique pour éliminer la chaleur des objets chauds.

Comment ont-ils fait ?

Pour concevoir des dispositifs de refroidissement thermoélectrique efficaces, l'équipe de recherche a sélectionné le matériau basé sur une figure de mérite nommée zT, qui est utilisée pour déterminer la performance des modules thermoélectriques, y compris les modules de réfrigération.

Référence : APS Physics | DOI:10.1103/PhysRevApplied.11.054008

Un matériau transportant beaucoup de chaleur (due aux courants électriques) aurait un zT élevé. Ces matériaux ont généralement une faible conductivité thermique, donc ils n'autorisent pas la chaleur à refluer à travers l'équipement dans l'objet froid. Cependant, la chaleur se dissipe naturellement quand l'objet est chaud.

Considérons une condition de refroidissement normale où un objet chaud est attaché à un équipement thermoélectrique entouré par un réservoir relativement froid. Quand la tension est appliquée, les électrons et les trous (porteurs de charge qui transportent la chaleur) s'écoulent de la région chaude vers la région froide.

Différence entre refroidissement actif et réfrigération | Avec l'aimable autorisation des chercheurs

Pour rendre le refroidissement plus efficace, l'équipe a développé une nouvelle figure de mérite appelée conductivité thermique effective. Elle représente la somme de la conductivité thermique active (s'allume quand la tension est appliquée) et passive (normale) thermique.

Ils ont utilisé deux types de matériaux avec de grandes conductivités thermiques effectives –

1. Métaux à entraînement magnon (cobalt), dans lesquels les électrons interagissent avec les magnons et transportent un peu de chaleur supplémentaire.
2. Métaux à effet Kondo (cérium-palladium), dans lesquels les électrons interagissent fortement entre eux, augmentant la chaleur associée à chaque électron conducteur (trou).

Les chercheurs ont utilisé ces matériaux pour construire un refroidisseur Peltier et l'ont placé entre des réservoirs froid et chaud. Ils ont ensuite testé l'appareil en mode passif et actif.

Quand un courant de 5 ampères a été appliqué, l'appareil a drainé près de 0,1 watt de chaleur supplémentaire du réservoir chaud qu'il ne l'a fait avec un courant nul. Basé sur la différence de température, le mode actif a enregistré 1000 watts/mètre-kelvin, tandis que le mode passif a atteint 40 watts/mètre-kelvin.

Ce genre de refroidisseurs à double mode pourrait être bénéfique pour les processeurs. Il pourrait fonctionner en mode passif quand le nombre de processus de calcul est faible, et passer en mode actif quand l'utilisation du CPU est élevée.