中国科学家开发了更高效、更环保的热电制冷方法

华中科技大学教授段将与冯光合作，开发更高效、更环保的制冷方法。这项新技术是基于热原电池，它通过可逆的电化学反应产生冷却效果。热电制冷比其他方法更便宜、更环保，因为它需要更低的能量输入，其良好的可扩展性代表了可用于从可穿戴冷却设备到工业场景的可用性。相关研究于1月31日在焦耳杂志上发表。

“热电技术正以清洁电力或低功耗冷却的方式进入我们的生活，我们应该关注研究领域和商业领域。”论文通信作者段将说。

热原电池利用可逆电化学反应产生的热量来产生电能。理论上，通过反过来——施加外部电流来驱动电化学反应——可以产生冷却能量。此前的研究表明，热原电池的冷却潜力有限，但通过优化相关化合物，该团队显著提高了这一潜力。

“之前的研究主要集中在原始系统设计和数值模拟上。这一次，我们开发了一种新的热电电解质设计策略，使其具有创纪录的高冷却性能，可用于实际应用。”段将说。

这种制冷热学电池是基于电化学氧化还原反应，这涉及溶解铁离子。在反应阶段，铁离子失去电子并吸收热量(Fe2) →Fe3 )，在另一个阶段，铁离子获得电子并释放热量(Fe3) →Fe2 )。第一反应产生的功率可以冷却周围的电解质溶液，而第一反应产生的热量可以通过热沉移除。

研究人员可以通过调节电解质溶液中的溶质和溶剂来提高电池的冷却能力。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(如铁氰化氢)相比，高氯酸盐有利于铁离子更自由地溶解和分离。研究人员可以通过将铁盐溶解在含有腈的溶剂中，而不是纯净水来提高液体电池的冷却能力70%。

与之前发布的热电化学系统的0.1K制冷能力相比，优化后的系统可以将周围电解液的温度降低1.42K，这是一个很大的提高。展望未来，团队计划继续优化设计，研究隐性商业应用。

“虽然电解质在商业上是合理的，但为了促进这项技术的实际应用，有必要进一步提高系统设计、可扩展性和稳定性。”段会说:“未来，我们的目标是通过探索新的机制和先进的材料来不断提高热电冷却性能。我们也在努力开发适合不同潜在应用场景的冰箱原型，寻求与创新公司合作，促进热电技术的商业化。”