Ein auf geteiltes Papier Zellberichte Physikalische Wissenschaft schlägt vor, dass die Beschichtung von Kühlkörpern mit Hydrogelen einen „signifikanten“ Vorteil für die passive Kühlung bietet. Das Papier hebt das Testen einer hydrogelbasierten Feuchtigkeitsthermobatterie (MTB) für das passive Wärmemanagement von Elektronik wie einem 100-W-FET und einer 84-W-Intel Core i5-4690-CPU hervor. Die Testergebnisse sind ermutigend, da das MTB die elektronischen Komponenten etwa 15 °C kühler laufen lässt als ein Kühlkörper allein. Vorbehalte gelten natürlich.
In einer Präambel zur Forschungsdiskussion erinnern uns die Wissenschaftler der University of California daran, dass die Kühlung von Elektronik ein notwendiges, aber teures Geschäft ist, wobei die Hauptkosten der Energie- und Wasserverbrauch und die Umweltauswirkungen der Nutzung dieser Ressourcen sind. Wenn die passive Kühlung verbessert werden kann, könnte dies bei der Reduzierung solcher Overheads von großem Nutzen sein.
Hydrogelbeschichtungen kühlen ähnlich wie ein Tier schwitzt. Die Wissenschaftler erklären, dass das Hydrogel bei Belastung der Elektronik Wasser freisetzt, das verdunstet, um einen Kühleffekt zu erzeugen. Wenn die Elektronik im Leerlauf ist, kann das Hydrogel seinen Feuchtigkeitsgehalt wieder aufladen und sich auf die nächste Arbeitsbelastung vorbereiten.
Aus dieser Beschreibung können Sie wahrscheinlich ersehen, dass die Hydrogelkühlung hervorragend für Anwendungen mit zyklischer Arbeitsbelastung geeignet ist. Die Wissenschaftler nennen Beispiele für einen 5G-Mobilfunkmast und ein Rechenzentrum, beide mit 12-Stunden-Zyklen von Hochlast zu Niedriglast.
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Die Tests wurden mit dem oben genannten 100-W-FET und der 84-W-Intel-CPU durchgeführt, und in beiden Fällen ist die MTB-Kühlleistung „deutlich höher als die zuvor gemeldeten passiven Kühlmethoden“. Die Vergleichstests wurden bei einer Raumtemperatur von 22°C und einer relativen Feuchtigkeit (RH) von 70 % durchgeführt. Das Delta von 15 °C scheint eine sehr lohnende Verbesserung zu sein. Feuchtigkeit hilft dem MTB, sich zwischen thermischen Belastungen wieder aufzuladen. Es würde daher besonders gut in den Tropen funktionieren – an Orten wie Florida, Hongkong, Singapur, Taiwan usw. – wo die relative Luftfeuchtigkeit 80–90 % betragen kann.
In Situationen, in denen das MTB allein nicht ausreicht, kann es in Hybridlösungen neben Wärmerohren, Dampfkammern oder Flüssigkeitskreisläufen eingesetzt werden. Es gibt jedoch Möglichkeiten, das MTB für Ihren speziellen Anwendungsfall abzustimmen. Zum Beispiel reagiert das MTB positiv auf eine größere Oberfläche und eine dünnere Hydrogelbeschichtung, wo Designbeschränkungen dies zulassen. Ein weiterer Vorteil des MTB ist, dass die Wissenschaftler behaupten, es sei eine skalierbare Lösung mit einem relativ niedrigen Preis von 12 US-Dollar pro Einheit.
Die Wissenschaftler kommen zu dem Schluss, dass ideale Anwendungen für das MTB im „Wärmemanagement für 5G-Chips, Power-Batterien, Server/Rechenzentren und Optoelektronik“ liegen. Die Verwendung des Geräts nach dem idealen zyklischen Charakter, der für das Aufladen von MTB-Wasser aus Feuchtigkeit erforderlich ist, passt möglicherweise zu Ihrer Verwendung eines Geräts wie einem HTPC. Aber das ist offensichtlich noch in der Testphase.
Wir hätten gerne ein Diagramm gesehen, das zeigt, was passiert, wenn die Arbeitsbelastung nicht in einem reibungslosen Kreislauf verläuft, sodass sich das Hydrogel nicht wieder aufladen kann. Es wäre auch interessant, Ergebnisse bei höheren Leistungsaufnahmen zu sehen, da moderne CPUs leicht in den Bereich von 200 W und höher gelangen können. Würde das Hydrogel aufhören, sein Delta von 15 °C zu liefern, oder würde es sogar unter einer lang andauernden thermischen Belastung zusammenbrechen? Dies sind vielleicht Fragen für zukünftige Forschung.