科學(xué)家發(fā)明了一種全新的冷藏方式

向離子熱冷卻問(wèn)好。這是一種降低溫度的新方法，有可能用更安全、對(duì)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(guò)流體將熱量從空間輸送出去，流體在蒸發(fā)成氣體時(shí)吸收熱量，然后通過(guò)封閉的管道輸送并冷凝回液體。盡管這個(gè)過(guò)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開(kāi)發(fā)，該方法利用了材料相變時(shí)能量的儲(chǔ)存或釋放方式，例如，當(dāng)固體冰變成液態(tài)水時(shí)。

提高冰塊的溫度，它會(huì)融化。我們可能不太容易看到的是，融化會(huì)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(wú)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(gè)常見(jiàn)的例子。電離熱循環(huán)還使用鹽來(lái)改變流體的相并冷卻其周圍環(huán)境。

“制冷劑的前景是一個(gè)未解決的問(wèn)題，”機(jī)械工程師 Drew Lilley 說(shuō)2023 年 1 月來(lái)自加利福尼亞州勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。

“沒(méi)有人成功開(kāi)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(huì)傷害環(huán)境。我們認(rèn)為，如果實(shí)現(xiàn)得當(dāng)，電離熱循環(huán)有可能實(shí)現(xiàn)所有這些目標(biāo)。

研究人員對(duì)電離熱循環(huán)理論進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)，甚至提高其效率。流過(guò)系統(tǒng)的電流會(huì)移動(dòng)其中的離子，改變材料的熔點(diǎn)以改變溫度。

該團(tuán)隊(duì)還使用碘和鈉制成的鹽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以熔化碳酸乙烯酯。這種常見(jiàn)的有機(jī)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(fù)值。

在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)施加不到一伏特的電荷來(lái)測(cè)量 25 攝氏度（45 華氏度）的溫度變化，這一結(jié)果超過(guò)了其他熱量技術(shù)迄今為止設(shè)法實(shí)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(jī)械工程師 Ravi Prasher 說(shuō)來(lái)自勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。

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

目前制冷過(guò)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(guó)家已承諾在未來(lái) 25 年內(nèi)將氫氟碳化物的生產(chǎn)和消費(fèi)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(shí)驗(yàn)室中引入實(shí)際系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以用于商業(yè)用途，并且可以毫無(wú)問(wèn)題地?cái)U(kuò)大規(guī)模。最終，這些系統(tǒng)可用于加熱和冷卻。

“我們有這個(gè)全新的熱力學(xué)循環(huán)和框架，它匯集了來(lái)自不同領(lǐng)域的元素，我們已經(jīng)證明它可以發(fā)揮作用。”Prasher 說(shuō).

“現(xiàn)在，是時(shí)候進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試材料和技術(shù)的不同組合，以應(yīng)對(duì)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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