制冷70年未变，这一突破正在改变一切
制冷70年未变，这一突破正在改变一切
制冷技术在过去的70年里基本没有大的变化，但最近一项突破性研究可能将彻底改变这一现状。中国武汉华中科技大学的研究团队在热电制冷领域取得了重大进展，通过优化电解质成分，显著提高了冷却效率，为从可穿戴设备到工业系统的低能耗冷却提供了新的解决方案。
原型热电冰箱。图片来源：Yilin Zeng
制冷技术的突破
据细胞出版社(Cell Press)2025年2月1日提供的消息，华中科技大学的研究团队在《焦耳》(Joule)杂志发表了一篇重要论文，介绍了一种新型冷却技术。这种技术利用可逆的电化学反应来产生冷却效果，比传统制冷技术更高效、更环保。
热电冷却背后的科学
热电电池(Thermogalvanic cells)通常通过可逆的电化学反应将热量转化为电能。通过逆转这一过程，应用外部电流来驱动这些反应，科学家们可以产生冷却。段将将团队通过改进系统的化学成分，显著提高了性能，为实际应用打开了新的可能性。
铁离子如何驱动冷却效果
冷却热力学电池基于涉及溶解铁离子的电化学氧化还原反应。在反应的一个阶段，铁离子获得一个电子并吸收热量（Fe3+→Fe2+），而在另一个阶段，它们失去一个电子并释放热量（Fe2+→Fe3+）。第一次反应产生的能量冷却周围的电解质溶液，第一次反应产生的热量被散热器带走。
通过调整电解液中使用的溶质和溶剂，研究人员能够提高氢电电池的冷却能力。他们使用了一种含有高氯酸盐的水合铁盐，与之前测试过的其他含铁盐如铁氰化物相比，高氯酸盐有助于铁离子更自由地溶解和解离。研究人员将铁盐溶解在含有腈类的溶剂中，而不是纯水中，从而将氢电电池的冷却能力提高了70%。
业绩上的重大飞跃
优化后的系统能够冷却周围的电解质1.42 K，与之前发表的热电系统报道的0.1 K冷却能力相比，这是一个很大的改进。展望未来，该团队计划继续优化他们的系统设计，同时也在研究潜在的商业应用。
段将将说：“虽然我们的先进电解质在商业上是可行的，但要促进该技术的实际应用，还需要在系统级设计、可扩展性和稳定性方面做进一步的努力。未来，我们的目标是通过探索新的机制和先进的材料，不断提高热电冷性能。我们也在尝试开发不同的冰箱原型，以实现潜在的应用场景，并寻求与创新公司合作，以促进热电技术的商业化。”
本研究得到中国国家自然科学基金和中国国家创新人才博士后培养计划的资助。
本文原文来自科学网