我国学者在弹热制冷研究方面取得进展

在国家自然科学基金项目（批准号：52376015、52341601）等资助下，西安交通大学钱苏昕教授、薛德祯教授、何雅玲院士在弹热制冷器件方面取得进展。研究成果以“高效滚轮驱动的弹热制冷系统（Efficient roller-driven elastocaloric refrigerator）”，于2024年8月22日发表在《自然•通讯》（Nature Communications）杂志上。论文链接为：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51632-y。

　　据统计，制冷行业的碳排放占全球总碳排放的7.8%，因高GWP（温室效应指数）制冷剂泄露至大气产生的直接碳排放约占其中的20%。具有零GWP特性的弹热制冷为实现制冷行业的双碳目标提供了新的技术途径。弹热制冷是利用形状记忆合金在单轴应力作用下发生可逆相变，并利用该相变潜热制冷的新型固态制冷技术，具有高体积能量密度、高理论效率等突出优势。虽然弹热制冷材料层面的效率高达80%热力完善度，但现有弹热制冷系统层面的效率只有不到5%。所以，揭示制约弹热制冷系统效率的瓶颈因素，进行深入理论研究和应用技术开发，降低系统成本，提高系统效率，对弹热制冷技术的发展具有重要意义。

　　为此，团队从新材料和新机械能回收方法两方面进行了研究。材料方面，团队研制了大批量制备更高效TiNiCu三元合金的新工艺，可以制备晶粒尺寸均匀的kg级TiNiCu块材，在材料层面获得了125%的效率提升；系统层面，团队首次提出了滚轮驱动的新架构（图A），通过匹配适量的转动惯量储存转动动能，突破了现有往复式功回收设计无法回收起始阶段负功的局限性，获得了78%的功回收效率（图B），超越了国际上公认的往复式功回收65%的理论效率极限。通过材料和系统两个层面的研究，获得了零温跨时1.27的系统级制冷性能系数，大幅度促进了弹热制冷系统的效率提升。