Forskare presenterar högeffektiv kylteknik med låga utsläpp och 67 joule värmeabsorption per gram

Kyl-/frystekniken är en av människans viktigaste uppfinningar, men den medför en hög miljökostnad. Kylsystem med ångkompression som används i stor utsträckning står för nästan 15% (2019 års data) av elförbrukningen i Kina och över 7,8% (2020 års data) av de globala koldioxidutsläppen. Även om kalorimaterial i fast form har framstått som ett alternativ med låga utsläpp har deras oförmåga att effektivt överföra värme allvarligt begränsat storskalig implementering.

Nu har ett forskarteam under ledning av professor Li Bing vid Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, lyckats lösa den "omöjliga triangeln" med hög kylkapacitet, effektiv värmeöverföring och noll koldioxidutsläpp. Forskarna publicerar sina resultat i tidskriften Nature och introducerar en ny metod som bygger på den barokaloriska effekten vid upplösning.

Teamet uppnådde detta genom att använda en saltlösning av ammoniumtiocyanat (_NH4SCN). Processen kombinerar de termiska fördelarna med fasta kylmedel med vätskors snabba flödeskapacitet. Genom att omvandla kylvätskan till en pumpbar vätska reagerar systemet omedelbart på tryckförändringar utan de flaskhalsar för värmeöverföring som plågar traditionella fasta gränser.

Kärnmekaniken i denna nya kylcykel fungerar i en enkel sekvens:

• Trycksättning: genom att applicera tryck fälls det fasta saltet ut ur lösningen, vilket frigör mycket värme.
• Tryckavlastning: När trycket tas bort löses saltet snabbt upp i vattnet igen, vilket absorberar en stor mängd värme och sänker temperaturen drastiskt.

Under experiment i rumstemperatur sjönk vätskans temperatur med nästan 30 kelvin (nästan 30°C) på bara 20 sekunder. Vid förhöjda temperaturer nådde kylspannet så högt som 54 kelvin. Simuleringar av en prototyp med en fyrstegscykel visade en energieffektivitet på närmare 77% och en kylkapacitet på 67 joule per gram.

Med ett globalt kylbehov som beräknas tredubblas till 2050 (2022 års data) banar denna stabila och reversibla teknik väg för kommersiell, utsläppsfri kylning. Dess exceptionella högtemperaturprestanda gör den särskilt lämpad för att hantera de intensiva termiska belastningarna i nästa generations datacenter för artificiell intelligens.