科學家發(fā)明了一種全新的冷藏方法

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、對地球更好的過程取代現(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中輸送出去，流體在熱量蒸發(fā)成氣體時吸收熱量，然后通過封閉的管子輸送并冷凝回液體。

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對環(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。

勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學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儲存或釋放能量的方式，例如當固體冰變成液態(tài)水時。

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

無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冰就是一個常見的例子。離子熱循環(huán)還使用鹽來改變流體的相位并冷卻其周圍環(huán)境。

“制冷劑的格局是一個懸而未決的問題，”機械工程師德魯·利利說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，可以使東西變冷、高效工作、安全且不傷害環(huán)境。我們認為，如果適當實現(xiàn)，離子熱循環(huán)有可能實現(xiàn)所有這些目標。

研究人員對離子熱循環(huán)理論進行了建模，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(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來熔化碳酸乙烯酯進行了實驗。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 為負值。

通過在實驗中施加不到一伏的電荷測量了 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(xiàn)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(shù)據(jù)在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，例如各種氫氟碳化物 （HFC）。

簽署《基加利修正案》的國家承諾在未來 25 年內(nèi)將氫氟碳化合物的生產(chǎn)和消費量減少至少 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技術從實驗室中帶出，進入可以商業(yè)化使用并毫無問題地擴大規(guī)模的實用系統(tǒng)。最終，這些系統(tǒng)可用于加熱和冷卻。

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

這正是 Prasher 和他的團隊預計他們的研究將導致的結果。

“我們擁有這個全新的熱力學循環(huán)和框架，它匯集了來自不同領域的元素，我們已經(jīng)證明它可以工作，”普拉舍爾說.

“現(xiàn)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(zhàn)?！?/p>

該研究發(fā)表在科學.

本文的早期版本于 2023 年 1 月發(fā)布。

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