向離子熱量冷卻問好。這是一種降低溫度的新方法，有可能用一種更安全、對地球更好的方法取代現(xiàn)有的冷卻方法。

典型的制冷系統(tǒng)通過一種流體將熱量從空間中輸送出去，這種流體在蒸發(fā)成氣體時吸收熱量，然后通過一個封閉的管道輸送，再冷凝回液體。雖然這個過程很有效，但我們選用的一些制冷劑對環(huán)境特別不友好。

然而，強(qiáng)迫物質(zhì)吸收和釋放熱能的方法不止一種。

去年，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）和加州大學(xué)伯克利分校（University of California， Berkeley）的研究人員開發(fā)了一種方法，利用了物質(zhì)相變（例如固態(tài)冰變?yōu)橐簯B(tài)水）時儲存或釋放能量的方式。

提高冰塊的溫度，它就會融化。我們可能不太容易看到的是，融化從周圍環(huán)境中吸收熱量，有效地冷卻了它。

在不提高溫度的情況下迫使冰融化的一種方法是加入一些帶電粒子或離子。在道路上撒鹽以防止結(jié)冰就是一個很常見的例子。離子熱量循環(huán)也使用鹽來改變流體的相位，并冷卻其周圍環(huán)境。

2023年1月，加州勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室的機(jī)械工程師德魯·利利說：“制冷劑的前景是一個尚未解決的問題。”

“還沒有人成功地開發(fā)出一種替代方案，既能讓東西變冷，又能高效、安全、不損害環(huán)境。我們認(rèn)為，如果實(shí)現(xiàn)得當(dāng)，離子熱量循環(huán)有可能實(shí)現(xiàn)所有這些目標(biāo)。”

研究人員對離子熱量循環(huán)理論進(jìn)行了建模，以展示它如何與目前使用的制冷劑競爭，甚至提高效率。通過系統(tǒng)的電流會移動其中的離子，改變材料的熔點(diǎn)從而改變溫度。

該團(tuán)隊還進(jìn)行了實(shí)驗，使用一種由碘和鈉制成的鹽來融化碳酸乙烯。這種常見的有機(jī)溶劑也用于鋰離子電池，它是用二氧化碳作為輸入來生產(chǎn)的。這不僅會使全球變暖潛能值為零，還會使全球變暖潛能值為負(fù)。

在實(shí)驗中，通過應(yīng)用不到一伏特的電荷，測量到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。

勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室的機(jī)械工程師Ravi Prasher說：“我們要平衡三件事：制冷劑的全球變暖潛能值、能源效率和設(shè)備本身的成本。”

“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很有希望。”

目前在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)減少至少80%，而離子熱冷卻可以在其中發(fā)揮重要作用。

現(xiàn)在，研究人員需要讓這項技術(shù)走出實(shí)驗室，進(jìn)入可用于商業(yè)的實(shí)際系統(tǒng)，并在沒有任何問題的情況下擴(kuò)大規(guī)模。最終，這些系統(tǒng)可以用于加熱和冷卻。

Prasher說：“我們有了這個全新的熱力學(xué)循環(huán)和框架，它匯集了不同領(lǐng)域的元素，我們已經(jīng)證明它是可行的。”

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

這項研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

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