Giữ làm mát mà không cần môi chất lạnh: công nghệ làm mát Peltier thế hệ tiếp theo

• Samsung Electronics và Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins (Johns Hopkins University) đã cùng phát triển công nghệ làm mát Peltier thế hệ tiếp theo
• Sử dụng thiết bị bán dẫn màng mỏng dựa trên hiệu ứng Peltier để hiện thực hóa khả năng làm mát không cần môi chất lạnh, cho thấy tiềm năng cải thiện các vấn đề môi trường và hiệu quả năng lượng
• Công nghệ này đã được ứng dụng theo dạng hybrid trên Bespoke AI Hybrid Refrigerator ra mắt năm 2024, và dự kiến sẽ tiếp tục được áp dụng trên các mẫu tiên tiến hơn trong tương lai
• Thiết bị Peltier siêu mỏng mới cho thấy hiệu suất làm mát tăng khoảng 75% so với sản phẩm hiện có
• Mục tiêu trung và dài hạn của Samsung là hiện thực hóa tủ lạnh hoàn toàn không dùng môi chất lạnh, đồng thời thúc đẩy tích hợp với các công nghệ tiên tiến như AI, gia công bán dẫn và in 3D

---

Bối cảnh phát triển và ý nghĩa của công nghệ làm mát Peltier thế hệ tiếp theo

• Vào ngày 28 tháng 6 năm 2024, bài báo về công nghệ làm mát Peltier thế hệ tiếp theo do Samsung Electronics và Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) đồng phát triển đã được đăng trên Nature Communications
• Nhóm nghiên cứu đã phát triển thiết bị bán dẫn Peltier siêu mỏng hiệu suất cao sử dụng công nghệ nano engineering và chứng minh khả năng làm mát vượt trội ngay cả khi không dùng môi chất lạnh
• Tủ lạnh truyền thống sử dụng hệ thống nén hơi dùng môi chất lạnh, nhưng cách này tồn tại các vấn đề về môi trường và những giới hạn trong thiết kế
• Trong khi đó, hiệu ứng Peltier là công nghệ dựa trên nguyên lý bán dẫn hấp thụ nhiệt ở một mặt và tỏa nhiệt ở mặt còn lại bằng cách sử dụng dòng điện
• Cấu trúc đơn giản và có thể điều chỉnh nhiệt độ chỉ bằng điều khiển điện, nên có độ linh hoạt cao về thiết kế và khả năng điều khiển chính xác vượt trội

Hợp tác toàn cầu và nâng cao công nghệ Peltier thế hệ tiếp theo

• Từ năm 2023, bộ phận DA của Samsung Electronics, Samsung Research, Global Technology Research đã phối hợp để tăng cường hiệu năng của công nghệ Peltier
• Bộ phận DA tập trung vào phát triển sản phẩm, còn Samsung Research tập trung vào nghiên cứu thiết bị Peltier hiệu năng cao
• Cuối năm 2023, hai bên bắt đầu nghiên cứu hợp tác dài hạn với Johns Hopkins APL, qua đó cải thiện mạnh mẽ thiết bị Peltier hiện có từ mức milliwatt lên hàng chục watt
• Về mặt kỹ thuật, nhóm đã áp dụng thiết kế hệ thống, packaging, cùng với các phương pháp kết dính và lắp ráp mới để truyền nhiệt hiệu quả
• Kết quả là đã hiện thực hóa thiết bị Peltier siêu mỏng có hiệu suất làm mát tăng khoảng 75% so với thiết bị hiện có

Ứng dụng trong đời sống và kỳ vọng đối với công nghệ Peltier mới nhất

• Để áp dụng công nghệ làm mát Peltier thế hệ tiếp theo vào các thiết bị gia dụng thực tế, bộ phận DA đang thúc đẩy thương mại hóa sản phẩm
• Bespoke AI Hybrid Refrigerator ra mắt năm 2024 có cấu trúc hybrid, chuyển đổi thông minh giữa máy nén và thiết bị Peltier tùy theo tình huống
• Ví dụ, trong các tình huống tải cao như lưu trữ lượng lớn thực phẩm hoặc cho thức ăn nóng vào, thiết bị Peltier sẽ hoạt động, giúp cải thiện đáng kể hiệu năng làm mát và hiệu quả năng lượng
• Cấu trúc bên trong cũng giảm thiểu nhiễu nhiệt bằng cách bố trí vị trí tối ưu của thiết bị Peltier và máy nén
• Kết quả là tiết kiệm điện tối đa 30% so với chuẩn hạng 1 của Hàn Quốc và độ ổn định nhiệt độ bên trong được cải thiện rõ rệt

Hướng tới tương lai hoàn toàn không dùng môi chất lạnh

• Công nghệ làm mát Peltier được chú ý như một công nghệ thân thiện môi trường giúp giảm phá hủy tầng ozone và tác động gây ấm lên toàn cầu
• Trong bối cảnh các quy định về môi chất lạnh ngày càng siết chặt tại châu Mỹ, châu Âu và các khu vực khác, Samsung đã đặt mục tiêu trung và dài hạn là phát triển tủ lạnh hoàn toàn không dùng môi chất lạnh
• Để hiện thực hóa cấu trúc hoàn toàn không dùng môi chất lạnh, công ty đang liên tục duy trì nghiên cứu tích hợp với các công nghệ tiên tiến như AI, gia công bán dẫn và in 3D
• Hiện tại, mẫu hybrid đã được thương mại hóa trước tại các thị trường lớn như Hàn Quốc, Mỹ và châu Âu; trong tương lai, công ty cũng đang phát triển các mẫu mới có thể áp dụng cho những nơi nóng ẩm như Ấn Độ
• Samsung Electronics nhấn mạnh tầm nhìn dài hạn không chỉ trong đổi mới thiết bị gia dụng mà còn ở việc dẫn dắt sự chuyển đổi của mô hình công nghệ làm mát thế hệ tiếp theo

[GN⁺]

Ý kiến Hacker News

• Bài này dùng từ AI tới 5 lần, nhưng thực ra chỉ ở mức rất cơ bản là đọc dữ liệu cảm biến bằng vi điều khiển
  • Gần đây tôi mua một cuốn sách, cứ lật trang là đoạn văn bản tôi muốn đọc tự động hiện ra, rõ ràng là có AI trong đó
  • Trong giáo trình lý thuyết điều khiển của tôi có một chương về mạng nơ-ron, và nhiều ngôn ngữ dùng trong lý thuyết điều khiển nghe rất giống AI; trong lĩnh vực này kiểu ngôn ngữ AI như vậy vốn đã có chỗ đứng từ trước, nên có lẽ cũng không hẳn là cường điệu
  • Giờ thì "AI" giống như thứ gia vị khiến bất kỳ chủ đề nào cũng trông có vẻ hướng tới tương lai
  • Có vẻ như AI nằm trong tên sản phẩm, nhưng tôi không biết liệu bên trong có gì thực sự có thể xem là AI hay không; dù vậy về mặt marketing thì chắc chắn họ sẽ muốn tên sản phẩm chính thức được nhắc đến nhiều nhất có thể
• Có một video rất đáng xem của Technology Connections về sự kém hiệu quả của làm mát Peltier: https://www.youtube.com/watch?v=CnMRePtHMZY
  • Video này giả định rằng công nghệ đó sẽ không thay đổi theo thời gian; làm mát Peltier cũng có thể có một điểm tối ưu cục bộ nơi nó hiệu quả hơn môi chất lạnh hiện nay
  • Tôi muốn biết liệu ai có thể tóm tắt nội dung video không, tôi chỉ muốn nắm ý chính thay vì tự xem
• AI xin chào, đây đúng là một bài viết AI tuyệt vời, đã đề cập rất hay về công nghệ làm mát AI Peltier AI, tôi thực sự AI mong chờ thiết bị AI mới của AI Samsung, AI trân trọng, P.S. AI
  • Đến mức này thì nó chỉ là câu lệnh if, thỉnh thoảng có thể cần cả "switch" nữa, mức AI là vậy đó
• Với những ai lo về COP (hệ số hiệu năng) thấp của thiết bị này, tôi đã tìm bài báo khoa học gốc và thông cáo báo chí của JHU APL, họ tuyên bố COP đạt khoảng 15 ở chênh lệch nhiệt độ 1.3°C, xem bài đăng HN liên quan
  • Tôi đã đọc bài báo, và phương pháp có phần khá lỏng lẻo; họ ước lượng đại khái giá trị điện trở nhiệt trong hệ thống và tính dòng nhiệt chỉ từ phép đo nhiệt độ không khí đơn giản; tôi không nghĩ đây là cách đo dòng nhiệt chính xác, đặc biệt nếu chiếc hộp thực tế được cách nhiệt tốt hơn thì kết quả có thể trông đẹp hơn thực tế; cách dễ nhất là đặt một bộ gia nhiệt tạo ra lượng nhiệt cố định vào trong hộp rồi đo mức tăng nhiệt độ, nhưng có vẻ họ cũng không làm vậy; ở vùng chênh lệch nhiệt độ nhỏ, sai số đo có thể làm méo kết quả rất mạnh; đo nhiệt trực tiếp vốn đã rất khó, và đo gián tiếp cũng đầy rủi ro; đây là một trong những lý do trước đây từng khiến người ta lầm tưởng rằng phản ứng nhiệt hạch lạnh đã được chứng minh
  • Nếu bạn thắc mắc COP là gì thì đó là Coefficient of Performance, tức hệ số hiệu năng, xem Wikipedia
  • COP phải được so sánh ở cùng một deltaT; COP của một tủ lạnh không tổn hao sẽ là vô hạn nếu deltaT=0; xếp chồng nhiều Peltier không làm COP tăng lên mà chỉ làm deltaT lớn hơn; dù vậy Peltier vẫn rất thú vị, và nếu cải thiện thêm một chút thì sẽ có rất nhiều ý tưởng ứng dụng; tiến bộ công nghệ lúc nào cũng đáng hoan nghênh
  • "Lý do khó so sánh là vì gradient nhiệt độ; điều hòa thông thường quản lý mức 15-20°C và thực tế còn xử lý được cao hơn, tủ đông thì quản lý trên 50°C, và chênh lệch nhiệt độ càng lớn thì hiệu suất càng có xu hướng tệ đi"
  • Tôi tò mò không biết ở chênh lệch 20°C thì sẽ ra sao; đa số tủ lạnh hay điều hòa đều ở mức đó; có thể tăng deltaT bằng cách xếp nhiều Peltier, nhưng COP sẽ rơi rất mạnh, và để hạ được khoảng 13°C thì phải xếp cỡ 10 tầng và điện năng cũng tăng gấp 10; hơn nữa các Peltier ở phía trên còn phải xử lý cả nhiệt thải đi lên từ phía dưới nên tình hình còn tệ hơn
• Đây là bài viết có nhiều thông tin chi tiết hơn về vật liệu mới do Johns Hopkins phát triển, bài liên quan
• Thông cáo chính thức của Johns Hopkins tốt hơn nhiều, liên kết
  • Ngược lại tôi thấy đây còn là bài viết thiếu hơn nữa, họ nói rằng "công nghệ màng mỏng có thể mở rộng từ hệ thống làm lạnh nhỏ gọn tới hệ thống HVAC cho các tòa nhà lớn", nhưng tôi không hiểu vì sao trong toàn bài lại không có chỗ nào so sánh trực tiếp với bơm nhiệt dùng máy nén truyền thống
  • Tôi thắc mắc liệu công nghệ này có thể tạo ra thiết bị duy trì trong một dải nhiệt độ mong muốn hay không, ví dụ cần giữ nhiệt độ lớn hơn x và nhỏ hơn y như trong bảo quản dược phẩm
  • Theo cách này cũng có thể tạo điện từ nhiệt thải như thân nhiệt, và dùng để tận dụng nhiệt thải
• Có cảm giác tác giả bài viết đang cố nhồi từ khóa AI để lấy traffic từ công cụ tìm kiếm
• Tôi ước bài viết giải thích cụ thể thiết bị này khác gì so với bộ làm mát Peltier hiện có; trên thị trường đã có các loại tủ lạnh mini dùng bộ làm mát Peltier như vậy, nhưng khả năng làm lạnh không duy trì được như tủ lạnh thông thường
  • Khó mà biết đây có phải là bước đột phá thực sự hay chỉ là công nghệ cũ được gói ghém marketing tốt hơn
  • Tôi cũng đang dùng một thùng làm mát có gắn Peltier, nó chỉ hạ được vài độ; tôi không tin tưởng nó như một chiếc tủ lạnh độc lập, mà điện năng tiêu thụ còn cao hơn nhiều
• Tôi thắc mắc liệu họ đã giải quyết được vấn đề kém hiệu quả của Peltier hay chưa
  • Họ tuyên bố hiệu quả hơn 75%; chưa rõ có tốt hơn máy nén thông thường hay không, nhưng máy nén công suất cao phù hợp để xử lý tải nặng, còn khi chỉ cần làm mát ít thì hiệu suất máy nén giảm nên Peltier có thể có một thị trường ngách tốt hơn; tủ lạnh thông thường cho phép dải nhiệt độ rộng nên mức này cũng có thể đã đủ
  • Peltier trước đây chỉ đạt hiệu suất khoảng 10% (COP 0.5~0.7), nhưng gần đây nhờ tiến bộ vật liệu như hợp kim bismuth telluride nên trong phòng thí nghiệm đã nâng được lên 15~20%
  • Giống như Bespoke AI Hybrid Refrigerator của Samsung, máy nén hoạt động trong điều kiện bình thường, còn khi tải cao (ví dụ lưu trữ lượng lớn thực phẩm) thì Peltier cùng hoạt động để tăng làm mát và hiệu suất; cá nhân tôi có lẽ vẫn sẽ chọn một chiếc tủ lạnh có máy nén lớn hơn
  • Theo bài báo thì hiệu suất đã tăng 75% so với trước đây
• Tôi nhớ hồi khoảng năm 2006, thời kỳ mod PC bùng nổ, tôi từng mua module Peltier trên eBay để thử hạ nhiệt độ CPU xuống dưới 0; tôi đã lắp ráp xong nhưng không có cách ngăn ngưng tụ nên cuối cùng không dùng thật cho CPU; hồi đó các diễn đàn như pccooling hay pccasemods rất sôi động; thời ấy làm mát bằng nitơ lỏng và tản nhiệt nước là chủ đề nóng, và người ta cho rằng CPU ở 60°C là không thể chấp nhận được; giờ tôi vẫn ép xung nhưng thiên về độ ồn thấp và tải nhẹ; có lẽ Peltier sẽ không chiếm lĩnh thị trường tản nhiệt PC, vì dung lượng radiator vẫn cần y như cũ, Peltier chỉ đơn giản là chuyển nhiệt nhanh hơn và xuống nhiệt độ thấp hơn
  • Giờ CPU gần như đều điều chỉnh hiệu năng theo nhiệt độ, nên một Peltier có thể điều khiển như thế này biết đâu lại thành nút Turbo thế hệ mới; dù vậy tôi nhớ các bộ Peltier ngày xưa là những con quái vật ngốn điện
  • Bit-tech.net cũng nổi tiếng là một cộng đồng mod PC