70 年未變的製冷技術迎突破，一切即將改寫

科學家們強化了熱電化學製冷技術，此乃一種運用電化學反應的冷卻方法。透過精煉電解質成分，他們大幅提升了效率，使其成為從可穿戴科技到工業系統等各種冷卻應用中，具備發展潛力且低耗能的替代方案。

科學家們推出了一項頗具前景的全新冷卻技術，相比傳統製冷方式，它可能更高效且環保。1 月 30 日發表於細胞出版社旗下《焦耳》期刊的這項研究，深入探究了熱電化學製冷技術，該技術利用可逆的電化學反應產生冷卻效果。此方法所需能量遠低於傳統冷卻系統，無論是用於個人冷卻裝置，還是大規模工業用途，都兼具成本效益且易於擴充套件。

中國武漢華中科技大學的段江江（Jiangjiang Duan）為論文的通訊作者，他表示，熱電化學技術正以清潔能源或低功耗冷卻的形式走進我們的生活，學術界和商業界都應予以關注。

熱電化學電池通常透過可逆的電化學反應將熱能轉化為電能。科學家們逆轉此過程，即施加外部電流驅動這些反應，從而產生冷卻效果。儘管先前研究顯示其冷卻潛力有限，但段江江團隊透過精煉系統的化學成分，大幅提升了效能，為實際應用開啟了新的可能性。

段江江稱：「先前的研究大多聚焦於原始系統設計和數值模擬，而我們提出了一套合理且通用的熱電化學電解質設計策略，實現了創紀錄的高冷卻效能，具備了實際應用的潛力。」

冷卻熱力學電池基於涉及溶解鐵離子的電化學氧化還原反應。在反應的一個階段，鐵離子失去一個電子並吸收熱量（Fe³⁺ → Fe²⁺）；在另一階段，它們獲得一個電子並釋放熱量（Fe²⁺ → Fe³⁺）。第一個反應產生的能量冷卻周圍的電解質溶液，而第一個反應產生的熱量則由散熱器排出。

研究人員透過微調電解質溶液中使用的溶質和溶劑，提升了熱電化學電池的冷卻能力。他們使用了含高氯酸鹽的水合鐵鹽，與先前測試的其他鐵鹽（如鐵氰化物）相比，這使得鐵離子能更自由地溶解和離解。研究人員將鐵鹽溶於含腈類的溶劑而非純水中，使熱電化學電池的冷卻能力提高了 70%。

經最佳化的系統能將周圍電解質冷卻 1.42 K，與先前發表的熱電化學系統所報告的 0.1 K 冷卻能力相比，有了大幅提升。

展望未來，該團隊計劃持續最佳化系統設計，並探索潛在的商業應用。段江江表示：「儘管我們研發的先進電解質具備商業可行性，但要推動這項技術的實際應用，仍需在系統層面的設計、可擴充套件性和穩定性方面付出更多努力。未來，我們旨在透過探索新機制和先進材料，不斷提升熱電化學冷卻效能。我們也正嘗試針對潛在應用場景開發多樣化的冰箱原型，並尋求與創新企業合作，以促進熱電化學技術的商業化。」

參考文獻：Yilin Zeng、Boyang Yu、Ming Chen、Jinkai Zhang、Pei Liu、Jinhua Guo、Jun Wang、Guang Feng、Jun Zhou 和 Jiangjiang Duan 於 2025 年 1 月 30 日發表在《焦耳》上的「Solvation entropy engineering of thermogalvanic electrolytes for efficient electrochemical refrigeration」。DOI: 10.1016/j.joule.2025.101822

本研究得到了中國國家自然科學基金和中國博士後科學基金的支援。