近期能源密集型人工智能项目的爆发带来了（许多）问题，包括如何为它们降温。运行这些项目所需的数据中心会产生大量热量，并需要强大的空调系统来维持其运行温度。蒸汽压缩制冷——目前汽车、建筑和工厂中最常用的方法——常用于满足这些制冷需求。但蒸汽压缩仍然经常依赖对环境有害的制冷剂。
虽然在制冷方面有一些有希望的最新进展，但热电偶合电池并未被认真考虑。即使有，这种方法的基本原理也更适合用于加热而非制冷。在热电偶合电池中，可逆电化学反应产生的热量通过利用熵从高温源传输到低温散热器来产生电能。虽然反向热电偶合系统是可行的，但专家们长期以来认为该选项成本效益太低且效率太低，不值得使用。
但得益于一些近期的化学改性，研究人员认为热电偶合制冷不仅是可能的——它甚至可能应用于从小型可穿戴冷却设备，到家用空调，再到那些大型人工智能数据中心。这些进展的详细信息已于 1 月 30 日发表在中国华中科技大学研究团队的《Joule》杂志上。
“虽然之前的研究主要集中在原始系统设计和数值模拟上，但我们报告了一种理性且通用的热电偶合电解质设计策略，实现了创纪录的高冷却性能，可能适用于实际应用，”该研究的通讯作者江建 Duan 在周四的一份声明中说。
现有的热电偶合电池依赖于所谓的电化学氧化还原反应，使用溶解的铁离子。第一步，铁离子失去一个电子并在此过程中吸收热量。然后，它们稍后会获得另一个电子以释放热量。当第一反应冷却其周围的电解质溶液时，散热器会去除伴随的热量。
然而，Duan 的团队选择了一种使用含有高氯酸盐的水合铁盐的电化学解决方案。这样做可以让铁离子更好地溶解和解离——当溶解在腈基溶剂而不是纯水中时，该团队的电池冷却功率提高了约 70%。过去的研究实现了约 0.1 K (32.18 F) 的热电偶合冷却因子，但 Duan 的改进实现了约 1.42 K (34.55 F) 的冷却因子。在宏观的图景中，几摄氏度的差异可能看起来不多，但考虑到成本效益和可扩展性，这一改进代表了热电偶合冷却潜力的一次有希望的飞跃。
“尽管我们先进的电解质具有商业可行性，但仍需在系统级设计、可扩展性和稳定性方面进行进一步努力，以推广这项技术的实际应用，”Duan 说。
展望未来，该团队打算引入新的物理设计和先进材料来提高整体冷却潜力。他们还计划开始研制功能性冰箱原型，用于实际制造中心的生产——甚至可能用于那些有问题的 AI 数据中心。
