科學家發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有的冷卻方法。

典型的制冷系統通過流體將熱量從空間輸送出去，流體在蒸發成氣體時吸收熱量，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境。

然而，物質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伯克利分校的研究人員開發，該方法利用了材料相變時能量的儲存或釋放方式，例如，當固體冰變成液態水時。

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

迫使冰融化而無需調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冰就是一個常見的例子。電離熱循環還使用鹽來改變流體的相并冷卻其周圍環境。

“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、安全且不會傷害環境。我們認為，如果實現得當，電離熱循環有可能實現所有這些目標。

研究人員對電離熱循環理論進行建模，以展示它如何潛在地與當今使用的制冷劑的效率競爭，甚至提高其效率。流過系統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生。這可能使該系統不僅 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，這一結果超過了其他熱量技術迄今為止設法實現的結果。

“我們正在努力平衡三件事：制冷劑的 GWP、能源效率和設備本身的成本，”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，我們的數據在所有這三個方面看起來都非常有希望。”

目前制冷過程中使用的蒸汽壓縮系統依賴于具有高 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 年內將氫氟碳化物的生產和消費量減少至少 80%，而電離熱冷卻可能在其中發揮重要作用。

現在，研究人員需要將技術從實驗室中引入實際系統，這些系統可以用于商業用途，并且可以毫無問題地擴大規模。最終，這些系統可用于加熱和冷卻。

“我們有這個全新的熱力學循環和框架，它匯集了來自不同領域的元素，我們已經證明它可以發揮作用。”Prasher 說.

“現在，是時候進行實驗來測試材料和技術的不同組合，以應對工程挑戰了。”

該研究發表在科學.

本文的早期版本發表于 2023 年 1 月。

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