科學(xué)家發(fā)明了一種全新的冷藏方法

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)地球更好的過(guò)程取代現(xiàn)有的冷卻方法。

典型的制冷系統(tǒng)通過(guò)流體將熱量從空間中輸送出去，流體在熱量蒸發(fā)成氣體時(shí)吸收熱量，然后通過(guò)封閉的管子輸送并冷凝回液體。

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對(duì)環(huán)境。

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然而，有不止一種方法可以迫使物質(zhì)吸收和釋放熱能。

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于 2023 年推出的一種方法利用了材料變相時(shí)儲(chǔ)存或釋放能量的方式，例如當(dāng)固體冰變成液態(tài)水時(shí)。

提高一塊冰塊的溫度，它就會(huì)融化。我們可能不那么容易看到的是，融化會(huì)從周?chē)h(huán)境中吸收熱量，從而有效地冷卻它。

無(wú)需增加熱量即可迫使冰融化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。離子熱循環(huán)還使用鹽來(lái)改變流體的相位并冷卻其周?chē)h(huán)境。

“制冷劑的格局是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題，”機(jī)械工程師德魯·利利說(shuō)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，可以使東西變冷、高效工作、安全且不傷害環(huán)境。我們認(rèn)為，如果適當(dāng)實(shí)現(xiàn)，離子熱循環(huán)有可能實(shí)現(xiàn)所有這些目標(biāo)。

研究人員對(duì)離子熱循環(huán)理論進(jìn)行了建模，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來(lái)熔化碳酸乙烯酯進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。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生產(chǎn)。這不僅可能使該系統(tǒng) GWP [全球變暖潛能值] 為零，而且使 GWP 為負(fù)值。

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)中施加不到一伏的電荷測(cè)量了 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(lài)于具有高 GWP 的氣體，例如各種氫氟碳化物 （HFC）。

簽署《基加利修正案》的國(guó)家承諾在未來(lái) 25 年內(nèi)將氫氟碳化合物的生產(chǎn)和消費(fèi)量減少至少 80%，而離子熱冷卻可能在其中發(fā)揮重要作用。

現(xiàn)在，研究人員需要將這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室中帶出，進(jìn)入可以商業(yè)化使用并毫無(wú)問(wèn)題地?cái)U(kuò)大規(guī)模的實(shí)用系統(tǒng)。最終，這些系統(tǒng)可用于加熱和冷卻。

正在進(jìn)行的調(diào)查正在修補(bǔ)不同的鹽，看看哪種組合可能最有效地從空間中吸收熱量。2025年，一個(gè)國(guó)際研究小組發(fā)表了他們的研究結(jié)果，研究了使用硝酸鹽基鹽的高效版本，這些鹽使用電場(chǎng)和膜進(jìn)行回收。

這正是 Prasher 和他的團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)他們的研究將導(dǎo)致的結(jié)果。

“我們擁有這個(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)證明它可以工作，”普拉舍爾說(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)?！?/p>

該研究發(fā)表在科學(xué).

本文的早期版本于 2023 年 1 月發(fā)布。

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