科學(xué)家發(fā)明了一種全新的冷藏方式

向離子熱冷卻問好。這是一種降低溫度的新方法，有可能用更安全、對地球更友好的工藝取代現(xiàn)有的冷卻方法。

典型的制冷系統(tǒng)通過流體將熱量從空間輸送出去，流體在蒸發(fā)成氣體時吸收熱量，然后通過封閉的管道輸送并冷凝回液體。盡管這個過程很有效，但我們用作制冷劑的一些選擇材料是特別不友好到環(huán)境。

然而，物質(zhì)被迫吸收和釋放熱能的方式不止一種。

去年公布的一種方法由勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開發(fā)，該方法利用了材料相變時能量的儲存或釋放方式，例如，當(dāng)固體冰變成液態(tài)水時。

提高冰塊的溫度，它會融化。我們可能不太容易看到的是，融化會從周圍環(huán)境中吸收熱量，從而有效地冷卻它。

迫使冰融化而無需調(diào)高熱量的一種方法是添加一些帶電粒子或離子。在道路上撒鹽以防止結(jié)冰就是一個常見的例子。電離熱循環(huán)還使用鹽來改變流體的相并冷卻其周圍環(huán)境。

“制冷劑的前景是一個未解決的問題，”機械工程師 Drew Lilley 說2023 年 1 月來自加利福尼亞州勞倫斯伯克利國家實驗室。

“沒有人成功開發(fā)出一種替代解決方案，它可以使物品變冷、高效工作、安全且不會傷害環(huán)境。我們認為，如果實現(xiàn)得當(dāng)，電離熱循環(huán)有可能實現(xiàn)所有這些目標。

研究人員對電離熱循環(huán)理論進行建模，以展示它如何潛在地與當(dāng)今使用的制冷劑的效率競爭，甚至提高其效率。流過系統(tǒng)的電流會移動其中的離子，改變材料的熔點以改變溫度。

該團隊還使用碘和鈉制成的鹽進行實驗，以熔化碳酸乙烯酯。這種常見的有機溶劑也用于鋰離子電池，并使用二氧化碳作為輸入產(chǎn)生。這可能使該系統(tǒng)不僅 GWP [全球變暖潛能值] 為零，而且 GWP 為負值。

在實驗中，通過施加不到一伏特的電荷來測量 25 攝氏度（45 華氏度）的溫度變化，這一結(jié)果超過了其他熱量技術(shù)迄今為止設(shè)法實現(xiàn)的結(jié)果。

“我們正在努力平衡三件事：制冷劑的 GWP、能源效率和設(shè)備本身的成本，”機械工程師 Ravi Prasher 說來自勞倫斯伯克利國家實驗室。

“從第一次嘗試開始，我們的數(shù)據(jù)在所有這三個方面看起來都非常有希望?！?/p>

目前制冷過程中使用的蒸汽壓縮系統(tǒng)依賴于具有高 GWP 的氣體，例如各種氫氟烴 （HFC）。

簽署《基加利修正案》的國家已承諾在未來 25 年內(nèi)將氫氟碳化物的生產(chǎn)和消費量減少至少 80%，而電離熱冷卻可能在其中發(fā)揮重要作用。

現(xiàn)在，研究人員需要將技術(shù)從實驗室中引入實際系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以用于商業(yè)用途，并且可以毫無問題地擴大規(guī)模。最終，這些系統(tǒng)可用于加熱和冷卻。

“我們有這個全新的熱力學(xué)循環(huán)和框架，它匯集了來自不同領(lǐng)域的元素，我們已經(jīng)證明它可以發(fā)揮作用?！?a>Prasher 說.

“現(xiàn)在，是時候進行實驗來測試材料和技術(shù)的不同組合，以應(yīng)對工程挑戰(zhàn)了?！?/p>

該研究發(fā)表在科學(xué).

本文的早期版本發(fā)表于 2023 年 1 月。

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