科學(xué)家發(fā)明了一種全新的冷藏工藝

向離子冷卻問好。這是一種降低溫度的新方法，有可能用對地球更安全、更好的過程取代現(xiàn)有的冷卻方法。

典型的制冷系統(tǒng)通過氣體將熱量從空間中帶走，氣體在膨脹一定距離時(shí)會(huì)冷卻。盡管這個(gè)過程很有效，但我們使用的一些選擇氣體是特別不友好對環(huán)境。

然而，有一種物質(zhì)可以迫使其吸收和釋放熱能的方式不止一種。

勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和美國加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開發(fā)的一種方法利用了材料改變相時(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。我們可能不容易看到的是，融化會(huì)吸收周圍環(huán)境的熱量，有效地冷卻它。

迫使冰融化而不需要調(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)冰是一個(gè)常見的例子。離子熱循環(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(gè)未解決的問題，”機(jī)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(shí)驗(yàn)室 2023 年 1 月的聲明?！皼]有人成功開發(fā)出一種替代解決方案，使東西變冷，工作高效，安全，并且不會(huì)損害環(huán)境。

“我們認(rèn)為，如果實(shí)現(xiàn)得當(dāng)，離子熱循環(huán)有可能實(shí)現(xiàn)所有這些目標(biāo)。

研究人員對離子循環(huán)理論進(jìn)行了建模，以展示它如何與當(dāng)今使用的制冷劑的效率競爭，甚至提高其效率。流經(jīng)系統(tǒng)的電流將移動(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熔化碳酸乙烯酯進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。這種常見的有機(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)。這可能使該系統(tǒng)不僅使GWP（全球變暖潛能值）為零，而且使GWP為負(fù)。

通過在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用不到一伏的電荷來測量25攝氏度（45華氏度）的溫度變化，這一結(jié)果超過了迄今為止其他熱量技術(shù)所能達(dá)到的結(jié)果。

“我們試圖平衡三件事：制冷劑的 GWP、能源效率和設(shè)備本身的成本，”機(jī)械工程師拉維·普拉舍爾說來自勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室。

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

目前用于制冷過程的蒸汽壓縮系統(tǒng)依賴于具有高 GWP 的氣體，例如各種氫氟碳化合物 （HFC）。簽署《基加利修正案》的國家承諾在未來25年內(nèi)將氫氟碳化物的生產(chǎn)和消費(fèi)量減少至少80%，而電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)室中取出，進(jìn)入可以商業(yè)使用的實(shí)際系統(tǒng)，并且可以毫無問題地?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，匯集了來自不同領(lǐng)域的元素，我們已經(jīng)證明它可以工作，”普拉舍爾說.

“現(xiàn)在，是時(shí)候進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來測試不同的材料和技術(shù)組合，以應(yīng)對工程挑戰(zhàn)。

該研究發(fā)表于科學(xué).

本文的一個(gè)版本于 2023 年 1 月首次發(fā)布。

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