En lovande ersättning för de giftiga och brandfarliga växthusgaserna som används i de flesta kylskåp och luftkonditioneringar har identifierats av forskare från University of Cambridge.

Enheten är baserad på lager av ett material som består av syre och tre metalliska element som kallas PST, och den visar de största elektrokaloriska effekterna - temperaturförändringar när ett elektriskt fält appliceras - men observeras i en kropp som är tillräckligt stor för kylningstillämpningar.

Resultaten, rapporteras i tidningen Natur , kan användas i utvecklingen av högeffektiva kylskåp och luftkonditioneringar i solid state, utan behov av skrymmande och dyra magneter.

"När vi står inför en utmaning så stor som klimatförändringarna och minskar koldioxidutsläppen till noll, vi tenderar att fokusera på hur vi genererar energi - och med rätta - men det är viktigt att vi också tittar på energiförbrukningen, "sa medförfattaren Dr. Xavier Moya från Cambridge Department of Materials Science &Metallurgy.

Kylning och luftkonditionering förbrukar för närvarande en femtedel av all energi som produceras i världen, och när de globala temperaturerna fortsätter att stiga, efterfrågan kommer bara att fortsätta stiga. Dessutom, de gaser som för närvarande används i de allra flesta kylskåp och luftkonditioneringar är giftiga, mycket brandfarliga växthusgaser som bara ökar problemet med global uppvärmning när de läcker ut i luften.

Forskare har försökt förbättra kyltekniken genom att ersätta dessa gaser med fasta magnetiska material, såsom gadolinium. Dock, prestandan för prototypenheter har varit begränsad till dags dato, eftersom de termiska förändringarna drivs av begränsade magnetfält från permanenta magneter.

I forskning som publicerades tidigare i år, samma Cambridge-ledda team identifierade en billig, allmänt tillgängligt fast ämne som kan konkurrera med konventionella kylvätskor när det sätts under tryck. Dock, att utveckla detta material för kylapplikationer kommer att innebära mycket nytt designarbete, som Cambridge -teamet strävar efter.

I det pågående arbetet, de termiska förändringarna drivs istället av spänning. "Att använda spänning istället för tryck för att driva kylning är enklare ur teknisk synvinkel, och gör det möjligt att återanvända befintliga designprinciper utan behov av magneter, sa Moya.

Cambridge -forskarna, arbeta med kollegor i Costa Rica och Japan, använde högkvalitativa lager av PST med metallelektroder inklämda emellan. Detta gjorde att PST tål mycket större spänningar, och ger mycket bättre kylning över ett mycket större temperaturintervall.

"Byt ut hjärtat av prototypmagnetiska kylskåp med ett material som fungerar bättre, och kräver inte permanenta magneter, kan representera en spelväxlare för dem som för närvarande försöker förbättra kyltekniken, "sa medförfattaren professor Neil Mathur.

I framtiden, teamet kommer att använda högupplöst mikroskopi för att undersöka PST-mikrostrukturen, och optimera den ytterligare för att applicera ännu större spänningar.