Langlebig, Effizient, Nachhaltig: Der Aufstieg von Ceriumoxid-Thermoschaltern
Eine künstlerische Darstellung eines Thermoschalters. (Illustration bereitgestellt von Hiromichi Ohta). Copyright: Hiromichi Ohta
Bahnbrechende Thermoschalter auf Basis von Ceriumoxid erreichen bemerkenswerte Leistungen und revolutionieren die Steuerung des Wärmeflusses mit nachhaltiger und effizienter Technologie.
Ceriumoxid-Thermoschalter revolutionieren die Steuerung des Wärmeflusses
Thermoschalter, die den Wärmeübergang elektrisch steuern, sind entscheidend für die Weiterentwicklung fortschrittlicher Thermomanagementsysteme. Bisher wurden elektrochemische Thermoschalter durch suboptimale Leistung eingeschränkt, was ihre breite Nutzung in den Bereichen Elektronik, Energie und Abwärmerückgewinnung beeinträchtigt.
Ein neuartiger Ansatz: Ceriumoxid-Dünnschichten
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Hiromichi Ohta vom Forschungsinstitut für elektronische Wissenschaften der Hokkaido-Universität verfolgte einen neuartigen Ansatz: Die Verwendung von Ceriumoxid (CeO₂)-Dünnschichten als aktives Material in Thermoschaltern bietet eine hoch effiziente und nachhaltige Alternative. Ihre Ergebnisse wurden in Science Advances veröffentlicht.
Herausragende Leistungskennzahlen
Das Forschungsteam zeigte, dass die Leistung von CeO₂-basierten Thermoschaltern frühere Maßstäbe übertreffen kann. „Das neuartige Gerät zeichnet sich durch ein Verhältnis der thermischen Leitfähigkeit (Ein/Aus) von 5,8 und eine Umschaltbreite der thermischen Leitfähigkeit (κ) von 10,3 W/m·K aus, was einen neuen Standard für elektrochemische Thermoschalter setzt“, erklärt Ohta. „Die thermische Leitfähigkeit im minimalen Zustand (Aus-Zustand) beträgt 2,2 W/m·K, während sie im oxidierten Zustand (Ein-Zustand) signifikant auf 12,5 W/m·K ansteigt. Diese Leistungskennzahlen bleiben auch nach 100 Zyklen von Reduktion und Oxidation konstant, was eine bemerkenswerte Haltbarkeit und Zuverlässigkeit für den langfristigen praktischen Einsatz zeigt.“
Nachhaltigkeit und Verfügbarkeit von Ceriumoxid
Ein bemerkenswerter Vorteil dieser Technologie ist die Nutzung von Ceriumoxid, einer Substanz, die in der Erdkruste reichlich vorhanden ist und sich durch wirtschaftliche Tragfähigkeit und ökologische Nachhaltigkeit auszeichnet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Thermoschaltern, die auf knappe und kostspielige Materialien angewiesen sind, bietet CeO₂ eine nachhaltige und leicht verfügbare Alternative, die Kosten und den ökologischen Fußabdruck von Thermomanagementlösungen reduziert. Dies steigert die Effizienz, Skalierbarkeit und Anwendbarkeit der Technologie in verschiedenen industriellen Sektoren.
Evolutive Anwendungen in verschiedenen Industrien
Die Entwicklung von CeO₂-basierten Thermoschaltern stellt einen bedeutenden Durchbruch in der Thermomanagementtechnologie dar und bietet breite Anwendungsmöglichkeiten in Branchen wie der Elektronikkühlung und erneuerbaren Energiesystemen. Diese Schalter, die in thermischen Verschlüssen und fortschrittlichen Displays eingesetzt werden, regulieren effizient den Infrarotwärmetransfer, verbessern die Abwärmerückgewinnung und tragen zu energieeffizienten Systemen bei.
Originalquelle
https://www.global.hokudai.ac.jp/blog/revolutionizing-heat-management-with-high-performance-cerium-oxide-thermal-switches/
Expertenkontakt
Professor Hiromichi Ohta
Hokkaido University
E-Mail: hiromichi.ohta@es.hokudai.ac.jp
Telefonnummer (Büro): +81-11-706-9428
Webseite: https://www.global.hokudai.ac.jp/
Originalpublikation
Ahrong Jeong, Mitsuki Yoshimura, Hyeonjun Kong, Zhiping Bian, Jason Tam, Bin Feng, Yuichi Ikuhara, Takashi Endo, Yasutaka Matsuo und Hiromichi Ohta
Journal: Science Advances
Titel des Artikels: High-performance solid-state electrochemical thermal switches with earth-abundant cerium oxide
Veröffentlichungsdatum: 1. Januar 2025
DOI: 10.1126/sciadv.ads6137
Pressekontakt
Sohail Keegan Pinto
Hokkaido University
Telefonnummer (Büro): +81-11-706-2186
E-Mail: en-press@general.hokudai.ac.jp
Quelle: EurekAlert! (https://www.eurekalert.org/news-releases/1069037)
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