科学家发明新的制冷技术

一种名为“离子热效应制冷”的新技术或将取代传统冰箱制冷方式，用盐离子实现降温，不仅高效安全，还可能让地球更凉快。

科学家们正在重新定义“冷”的意义。来自Lawrence Berkeley国家实验室和加州大学伯克利分校的研究团队，创造了一种全新的制冷方式——离子热效应制冷(ionocaloric cooling)。这种技术能在无需使用对地球有害气体的情况下，让温度迅速下降，未来或将取代当今所有制冷系统。

我们熟悉的冰箱和空调，多半依赖一种循环过程：制冷剂在气化时吸收热量，再在管路中被压缩、冷凝回液体，从而实现降温。这个过程虽然高效，却要靠氢氟碳化合物(HFCs)等制冷剂——这些气体的全球变暖潜势极高，远超二氧化碳。

但事实上，让物质变冷的方式并不止这一种。

研究团队从自然界的相变现象中找到灵感。冰块融化时需要吸收大量热量，这个吸热过程会让周围温度下降。如果能通过别的方式让固体“被迫”融化，也能产生同样的降温效果。

他们发现，加入带电粒子——也就是离子——能做到这一点。就像冬天往冰面上撒盐能融冰一样，离子可以改变液体或固体的熔点，从而触发热量的吸收或释放。于是，一种完全基于盐离子循环的新型制冷过程诞生了。

“制冷剂的问题仍未被真正解决。”研究负责人、机械工程师Drew Lilley说，“到目前为止，还没有哪种替代方案既能高效制冷，又安全、又不伤害环境。而我们认为，离子热循环或许能同时满足这三个条件。”

团队通过理论建模发现，这种离子循环制冷的效率甚至可能超越现有技术。实验中，他们使用了碘化钠盐溶解碳酸乙烯酯——一种常见的有机溶剂，也常用于锂电池制造。更巧妙的是，这种溶剂本身可以由二氧化碳制得，意味着整个系统不只是零碳排，甚至可能吸碳。

仅通过不到1伏的电压，实验样品的温度就下降了25摄氏度——这是迄今所有热效应制冷技术中最显著的温差之一。

“我们要同时平衡三件事：制冷剂的气候影响、能效和设备成本。”该实验室的机械工程师Ravi Prasher解释，“而从目前的数据来看，我们在这三方面都取得了令人惊喜的结果。”

传统的蒸汽压缩制冷系统严重依赖HFC气体，而根据《基加利修正案》，各国已承诺在未来25年内将HFC的使用量减少至少80%。离子热效应制冷有望成为这一转型中的关键技术。

不过，从实验室到现实世界还需时间。科学家们正在寻找最合适的盐类组合，以实现更强的吸热效果，并确保系统能够规模化应用。2025年，一支国际研究团队发布了后续成果，展示了一种使用硝酸盐的新版本，这些盐能通过电场和膜循环再生，效率更高、能耗更低。

这正是Prasher团队最初的愿景——一种融合不同学科元素的全新热力学框架。

“我们创造了一个全新的循环系统，它确实能运行。”Prasher说，“接下来的任务，是在无数材料与技术的组合中，找到真正能应对工程挑战的那一个。”

如果这一切顺利实现，未来的冰箱、空调乃至供暖系统，都可能告别氟利昂，从盐粒和离子中汲取冷意。届时，人类或许能在更清凉的星球上，重新定义“舒适”的意义。

本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。