Исследователи представили высокоэффективную, низкоэмиссионную технологию охлаждения с поглощением 67 джоулей тепла на грамм

Технология охлаждения/охлаждения - одно из самых важных изобретений человека, но оно сопряжено с большими экологическими затратами. На широко используемые системы парокомпрессионного охлаждения приходится почти 15% (данные 2019 года) потребления электроэнергии в Китае и более 7,8% (данные 2020 года) глобальных выбросов углекислого газа. Хотя твердотельные калорические материалы появились в качестве альтернативы с низким уровнем выбросов, их неспособность эффективно передавать тепло сильно ограничивала крупномасштабное внедрение.

Теперь исследовательская группа под руководством профессора Ли Бинга (Li Bing) из Института исследования металлов Китайской академии наук разгадала этот "невозможный треугольник": высокая холодопроизводительность, эффективная теплопередача и нулевые выбросы углерода. Опубликовав свои результаты в журнале Nature, ученые представили новый метод, основанный на барокалорическом эффекте растворения.

Команда добилась этого, используя солевой раствор тиоцианата аммония (_NH4SCN). Этот процесс сочетает в себе тепловые преимущества твердых охлаждающих жидкостей с возможностями быстрого течения жидкостей. Превращая охлаждающую жидкость в жидкость, которую можно перекачивать, система мгновенно реагирует на изменение давления без узких мест в теплопередаче, которые характерны для традиционных твердых границ.

Основная механика этого нового цикла охлаждения работает в простой последовательности:

• Нагнетание давления: под действием давления твердая соль выпадает в осадок из раствора, в результате чего выделяется большое количество тепла.
• Разгерметизация: снятие давления приводит к тому, что соль быстро растворяется в воде, поглощая огромное количество тепла и резко снижая температуру.

Во время экспериментов при комнатной температуре температура жидкости упала почти на 30 кельвинов (почти 30°C) всего за 20 секунд. При повышенных температурах скорость охлаждения достигала 54 кельвинов. Моделирование прототипа четырехступенчатого цикла показало, что энергоэффективность приближается к 77%, а мощность охлаждения составляет 67 джоулей на грамм.

Учитывая, что глобальный спрос на охлаждение, по прогнозам, утроится к 2050 году (данные 2022 года), эта стабильная и обратимая технология прокладывает путь к коммерческому охлаждению с нулевым уровнем выбросов. Исключительные высокотемпературные характеристики делают ее особенно подходящей для управления интенсивными тепловыми нагрузками вычислительных центров нового поколения с искусственным интеллектом.