Sistem Pendingin Termoelektrik Revolusioner Meningkatkan Performa Komputer & Baterai
- Peneliti demonstrasikan sistem pendingin baru dengan dua jenis bahan termoelektrik yang berbeda.
- Sistem ini mempercepat aliran panas secara lebih efisien dalam arah alami – dari objek panas ke lingkungan yang relatif lebih dingin.
Seiring dengan berkembangnya chip komputer, laser, baterai, dan elektronika daya tinggi menuju desain yang lebih kompak dengan kepadatan daya yang lebih tinggi, mereka memerlukan teknologi manajemen termal yang lebih canggih. Perangkat-perangkat ini menggunakan pendingin termoelektrik untuk mengeluarkan panas dari objek panas.
Berbeda dengan masalah termodinamika, cooler Peltier yang disebut demikian dioptimalkan untuk menjaga objek dingin tetap dingin. Sebagian besar cooler Peltier komersial adalah elemen pendingin portabel seperti kulkas camping atau cooler minuman. Mereka bekerja dengan menarik panas dari area dingin ke area panas (secara alami panas bergerak dari panas ke dingin).
Namun, dalam mekanisme 'pendingin aktif', aliran panas alami dipercepat dari objek panas ke wilayah yang relatif dingin. Dalam hal ini, tujuannya adalah memaksimalkan panas yang dihabiskan dari tangkapan panas sambil meminimalkan penurunan suhu.
Baru-baru ini, para ahli fisika dari Ohio State University dan University of Virginia menemukan prinsip desain baru untuk instrumen termoelektrik yang disesuaikan untuk aplikasi baterai dan komputer. Mereka demonstrasikan sistem pendingin dengan dua jenis bahan termoelektrik yang berbeda.
Bagaimana Mereka Melakukannya?
Untuk merancang perangkat pendingin termoelektrik yang efektif, tim peneliti memilih bahan berdasarkan angka layak bernama zT, yang digunakan untuk menentukan performa modul termoelektrik, termasuk modul pendingin.
Referensi: APS Physics | DOI:10.1103/PhysRevApplied.11.054008
Bahan yang membawa banyak panas (karena arus listrik) akan memiliki zT yang tinggi. Bahan-bahan ini biasanya memiliki konduktivitas termal rendah, sehingga mereka tidak memungkinkan panas mengalir kembali melalui peralatan ke objek dingin. Namun, panas menyebar secara alami saat objek panas.
Pertimbangkan kondisi pendingin normal di mana objek panas dipasang pada peralatan termoelektrik yang dikelilingi oleh tangkapan yang relatif dingin. Saat tegangan diberikan, elektron dan lobang (pengisi muatan yang membawa panas) mengalir dari wilayah panas ke wilayah dingin.
Perbedaan antara pendingin aktif dan pendingin | Kredit: para peneliti
Untuk membuat pendingin lebih efisien, tim mengembangkan angka layak baru yang disebut konduktivitas termal efektif. Ini mewakili jumlah konduktivitas termal aktif (menyala saat tegangan diberikan) dan pasif (normal) konduktivitas termal.
Mereka menggunakan dua jenis bahan dengan konduktivitas termal efektif yang besar –
- Logam magnon-drag (kobalt), di mana elektron berinteraksi dengan magnon dan membawa beberapa panas tambahan.
- Logam efek Kondo (serium-palladium), di mana elektron berinteraksi secara kuat satu sama lain, meningkatkan panas yang terkait dengan setiap pengisi konduksi (lubang).
Peneliti menggunakan bahan-bahan ini untuk membangun cooler Peltier dan meletakkannya antara tangkapan dingin dan panas. Mereka kemudian menguji perangkat dalam mode pasif dan aktif.
Saat arus 5 ampere diberikan, perangkat mengeluarkan hampir 0,1 watt lebih banyak panas dari tangkapan panas dibandingkan dengan arus nol. Berdasarkan selisih suhu, mode aktif mencatat 1000 watt/meter-kelvin, sementara mode pasif mencapai 40 watt/meter-kelvin.
Baca: Sistem Pendingin Pasif Murah yang Tidak Memerlukan Daya
Cooler dual-mode seperti ini bisa bermanfaat untuk prosesor. Ini bisa bekerja dalam mode pasif ketika jumlah proses komputasi sedikit, dan beralih ke mode aktif ketika penggunaan CPU tinggi.
