• 5

壓縮機時代掰了!某國發明新製冷技術 專家:將帶來三大變革 零碳製冷時代將至

壓縮機時代掰了!某國發明了新製冷技術。
專家說:將帶來三大變革,零碳製冷時代將至。

猜猜看是哪一國有這麼先進的研發能力?
.
.
.
中國科學技術出現重大突破!華中科技大學段江江教授團隊開發出全球首例基於鐵離子「變臉」特性的新型製冷技術,有望一舉改變過去 70 年來壓縮機制冷體系,為全球製冷行業開啟綠色革命之路。

根據國際知名科學期刊《焦耳》(Joule)上周二 (1 月 30 日) 刊出的最新研究論文,中國科學家這項顛覆性研究以 70% 效率提升,以及只需傳統空調 5% 功耗就能降低溫度。

華中科大團隊最新提出的鐵電製冷技術,核心在於利用鐵離子(Fe²⁺/Fe³⁺)的氧化還原反應實現熱管理。

在他們設計的系統中,鐵離子會在兩種狀態間切換:Fe²⁺和 Fe³⁺。就像變魔術一樣,當 Fe³⁺吸收電子變成 Fe²⁺時,會從周圍偷走熱量,產生製冷效果,當 Fe²⁺失去電子變回 Fe³⁺時又會釋放熱量。透過控制這一過程,就能實現持續製冷。

然而,初期實驗效果僅能降溫攝氏 0.1 度,遠未達到實用標準,但段江江教授研究團隊透過系統性優化,在三個關鍵領域實現突破。

關鍵突破來自於一個意想不到的地方:溶劑的選擇。實現性能突破的核心在於發現乙腈 - 水混合溶劑的關鍵作用。當溶劑中乙腈佔比達 40%,製冷效率提升 70%,且僅需 0.11 瓦 / 平方毫米的輸入功率,便可實現 1.42 度的溫度降低,理論性能係數更高達 14.3。

這種「溶劑工程」策略使得系統在 0.11 瓦 / 平方毫米的低功耗下,即可驅動 14.3 的理論 COP 值,這一數值是傳統空調的 4.8 倍 (以 COP 3 計),甚至超越特斯拉熱泵系統 (COP 4.5)。

這一發現以及核心技術的突破,意味著華中科大有望顛覆延續 70 年的傳統製冷方式,未來的空調也許只需要很小電量就能讓你清涼一夏,電動車可能不再需要笨重的製冷系統,甚至你的手機和電腦可能會用這種技術來散熱。

不過,這項熱電製冷技術還需要進一步完善。段江江教授表示,正在開發各種製冷器原型,並尋求與創新企業合作,推動這項技術走向市場。

目前,段江江教授研究團隊已開發 5 種原型製冷器,覆蓋從晶元級 (1cm²) 到建築級 (10m²) 的多場景需求,段江江教授也透露首款商用產品有望在 2028 年前面世,初期目標市場為數據中心冷卻和電動車溫控系統。

專家指出,若上述技術實現產業化,將帶來節能革命、體積革新跟環保突破三大變革,人類或將告別壓縮機的轟鳴時代,迎來「零碳製冷」的新紀元。


不得不承認,如今的中國在眾多科技領域不再是跟隨者,
已進入了領先群的地位。
2025-02-07 10:49 發佈
john65537 wrote:
有望一舉改變過去 70 年來壓縮機制冷體系,為全球製冷行業開啟綠色革命之路。


跟你說一個現實,無壓縮機的制冷板早就有了,曾用在國內某品牌的小冰箱上
我家裡還有一片5mm平方的CPU散熱板,通電後一邊冷一邊熱,利用電能冷熱交換
除非效能跟成本可以跟現行壓縮機制冷一樣才有商業化的價值
shuling0909

致冷晶片跟這個差多了吧?致冷晶片非常不節能誒。

2025-02-07 17:39
北漂彰化人

shuling0909 所以我說需要等效能跟上來才會取代壓縮機

2025-02-07 18:35
現有的無壓縮機製冷方式,
跟段教授團隊的不同,
未必可以斷言段教授團隊的發現沒有未來.
一切都是等著看後續發展.
VincentLu1021

現在已有致冷晶片, 要等他們商品化再來看看吧.

2025-02-07 11:56
科學終將勝利
等商業化再說吧
想不到大家還頗有興趣的,
補充一下相關報導:
製冷 70 年來沒有改變 – 這一突破正在改變一切
By Cell Press2025 年 2 月 1 日4 評論4 分鐘閱讀

科學家們改進了熱原製冷,這是一種利用電化學反應的冷卻方法。

通過改進電解質成分,他們顯著提高了效率,使其成為從可穿戴技術到工業系統等冷卻應用的有前途的低能耗替代品。

冷卻技術的突破
科學家們引入了一種很有前途的新型冷卻技術,它可能比傳統製冷更高效、更環保。該研究於 1 月 30 日發表在 Cell Press 雜誌 Joule 上,探討了熱電流製冷,它利用可逆的電化學反應來產生冷卻效果。與傳統冷卻系統相比,這種方法需要的能源要少得多,因此既經濟高效又可擴展,適用於從個人冷卻設備到大規模工業用途的應用。

“熱電流技術正在以清潔電力或低功率冷卻的形式進入我們的生活,研究界和商業界都應該關注,”中國武漢華中科技大學的資深作者段江江說。

熱電流冷卻背後的科學
熱原電池通常通過可逆電化學反應將熱量轉化為電能。通過逆轉這一過程——施加外部電流來驅動這些反應——科學家可以產生冷卻。雖然之前的研究表明冷卻潛力有限,但 Duan 的團隊通過改進系統的化學成分顯著提高了性能,為實際應用開闢了新的可能性。

“雖然以前的研究主要集中在原始系統設計和數值類比上,但我們報告了熱電鍍液的合理和通用設計策略,實現了創紀錄的高冷卻性能,有可能用於實際應用,”Duan 說。

鐵離子如何增強冷卻效果
冷卻熱力學單元基於涉及溶解鐵離子的電化學氧化還原反應。在反應的一個階段,鐵離子失去一個電子並吸收熱量(Fe3+ → Fe2+),而在另一個相中,它們獲得一個電子並釋放熱量(Fe2+ → Fe3+)。第一個反應產生的電能冷卻周圍的電解質溶液,第一個反應產生的熱量被散熱器帶走。

通過調整電解質溶液中使用的溶質和溶劑,研究人員能夠提高氫電流電池的冷卻能力。他們使用了含有高氯酸鹽的水合鐵鹽,與之前測試的其他含鐵鹽(如鐵氰化物)相比,這有助於鐵離子更自由地溶解和解離。通過將鐵鹽溶解在含有腈的溶劑而不是純水中,研究人員能夠將氫原電池的冷卻能力提高 70%。

性能的重大飛躍
優化后的系統能夠將周圍的電解液冷卻 1.42 K,與之前發佈的熱電流系統報告的 0.1 K 冷卻能力相比,這是一個很大的改進。

展望未來,該團隊計劃繼續優化其系統設計,並研究潛在的商業應用。

“儘管我們的先進電解質在商業上是可行的,但還需要在系統級設計、可擴展性和穩定性方面做出進一步的努力,以促進這項技術的實際應用,”Duan 說。“未來,我們的目標是通過探索新穎的機制和先進的材料來不斷提高熱電流冷卻性能。我們還在嘗試針對潛在的應用場景開發多樣化的冰箱原型,並尋求與創新公司合作,以促進熱電流技術的商業化。

參考資料:「用於高效電化學製冷的熱原電解質的溶劑化熵工程」,作者:曾一林、於博陽、陳明、張金凱、劉培、郭金華、王軍、馮光、周軍和段江江,2025 年 1 月 30 日,焦耳。
DOI: 10.1016/j.joule.2025.101822

本研究得到了國家自然科學基金和國家創新人才博士後計劃的支援。

期待將來應用在電動車上,冬天的暖氣就不會那麼耗能低效了。
john65537 wrote:
根據國際知名科學期刊《焦耳》(Joule)上周二 (1 月 30 日) 刊出的最新研究論文,中國科學家這項顛覆性研究以 70% 效率提升,以及只需傳統空調 5% 功耗就能降低溫度。


有興趣的版友,如果英文還可以的不妨看看論文原文。
Joule, January 30, 2025, Solvation entropy engineering of thermogalvanic electrolytes for efficient electrochemical refrigeration

另外 Popular Science有一篇比較科普的介紹專文
The electrochemical cells that could power fridges of the future---Commercial refrigeration and A/C systems need an upgrade

至於繁體中文報導,一缸子互相抄襲節錄誇張腦補文,可能看了反而不知所云。

這個技術跟P/N半導體的熱電效應是完全不同的。

華中科大團隊,利用的原理是熱電化學反應。這種技術用在熱電池上很普遍,特點是效率很高,但是團隊設計以逆向原理來製冷。

目前這個技術離實用化還有相當距離,但已經展現了巨大潛力,因為其冷卻效率的理論值基本上可以說具有顛覆性,對節能冷卻設備研發製造,提出了新的思路。
關鍵是:只需傳統空調 5% 功耗就能降低溫度。

每到夏季電費就飆升四五倍,期待商品面世,這是熱帶亞熱帶地區的福音。
Block Anti

未來冰箱,空調用電量大減.加上太陽能,風能等發電方式.中國新能源技術又多一項為全球謀福祉.

2025-02-07 17:09
BigMac4Diet

應該是直接去掉壓縮機能量耗用的結果。鐵離子在溶液中受電磁力移動,並在兩個電極側發生氧化還原,附帶吸熱和放熱,論文中用布雷頓循環解釋系統怎樣做功。;傳統冷氣則需要多一個壓縮機驅動冷媒在管路中循環。

2025-02-08 13:44
正在研究的人 已成為CIA和中東油國的暗殺目標
tnkk01

這個還好吧,近年空調技術只在冷媒下工夫,美國也沒掌握關鍵製造。

2025-02-09 7:09
殲二十 wrote:
關鍵是:只需...(恕刪)

我期待制热能省电,

我这边从 11 月冷到 3 月,都想移民非洲了
alazif

不用等啦,移民肯亞或位於非洲高原的國家就行了。還能增強你的心肺功能。[XD]

2025-02-10 10:14
Ye-Kin-233

地熱発电

2025-08-16 22:57
  • 5
內文搜尋
X
評分
評分
複製連結
Mobile01提醒您
您目前瀏覽的是行動版網頁
是否切換到電腦版網頁呢?