我国科研人员发现溶解压卡效应 绿色制冷技术实现重大突破

在全球应对气候变化的紧迫背景下,传统制冷技术面临重大转型需求。

目前广泛使用的蒸汽压缩制冷技术依赖氟利昂等温室气体工质,其全球变暖潜能值(GWP)可达二氧化碳的数千倍。

据国际能源署统计,制冷设备能耗已占全球电力消耗的10%,且排放量正以每年5%的速度增长。

针对这一严峻挑战,科研界长期致力于开发固态相变制冷材料。

这类材料通过压力或磁场诱发相变实现热交换,理论上可实现零碳排放。

但中国科学院金属研究所李昺研究员指出,现有固态材料存在本质缺陷:晶体结构导致导热系数普遍低于5 W/(m·K),相变界面热阻高达10^-4 m²·K/W,在实际应用中难以满足大功率制冷需求。

研究团队在实验中获得意外发现:当对硫氰酸铵(NH4SCN)水溶液施加35MPa压力时,盐分析出并释放热量;压力解除后,盐分迅速溶解并吸收环境热量。

这种"溶解-析出"动态过程展现出惊人的热力学性能:在25℃环境温度下,溶液温度20秒内下降28.7℃,80℃高温环境下降温幅度更提升至44.3℃,单位质量制冷量达到67J/g,较传统固态材料提升3-5倍。

技术突破的关键在于创新性地将压卡效应拓展至溶液体系。

传统压卡效应依赖固体晶格熵变,而溶解压卡效应同时利用溶质分子的构型熵与溶剂化熵变化,通过液相环境实现快速传热。

实验数据显示,该体系传热系数较固体材料提升两个数量级,且水溶液体系完全避免碳足迹。

研究团队据此设计出四步循环系统,理论能效比达77%,较传统制冷系统提升约30%。

行业专家认为,这项发现具有多重战略价值:其一,为《基加利修正案》要求的氢氟碳化物减排提供技术支撑;其二,可应用于数据中心冷却、电动汽车空调等大功率场景;其三,其原理可拓展至其他盐溶液体系,形成技术矩阵。

目前研究团队正与家电龙头企业合作推进工程化验证,预计3-5年内可完成原型机开发。

绿色制冷技术的突破往往来自对传统路径的再审视与对新机理的深挖。

“溶解压卡效应”将压力驱动的热效应从固体相变延伸至溶液溶解热过程,为实现低碳、高冷量与高换热的统一提供了新的可能。

面向“双碳”目标与新型能源体系建设,推动这类原创性发现尽快完成从实验室到工程验证的跨越,将为提升能效水平、降低环境负担、拓展产业空间提供更坚实的科技支撑。