이온칼로리 냉각은 냉매를 대체하고 가정에 안전하고 효율적인 냉난방을 제공 하는 데 도움이 될 수 있습니다.

얼음이 형성되는 겨울 폭풍이 바뀌기 전에 도로에 소금을 뿌립니다. 에너지부 로렌스 버클리 국립 연구소(Berkeley Lab)의 연구원들은 이 기본 개념을 적용하여 새로운 가열 및 냉각 방법을 개발했습니다. 그들이 “이온열량 냉각”이라고 명명한 이 기술은 12월 23일 저널에 게재된 논문에 설명되어 있습니다. 과학.

이온 열량 냉각은 고체 얼음에서 액체 물로 변하는 것과 같이 물질의 위상이 변할 때 에너지 또는 열이 저장되거나 방출되는 방식을 활용합니다. 재료를 녹이는 것은 주변의 열을 흡수하는 반면, 굳는 것은 열을 방출합니다. 이온 열량 주기는 염에서 나오는 이온(전하를 띤 원자 또는 분자)의 흐름을 통해 이 상과 온도 변화를 일으킵니다.

연구자들은 이 방법이 언젠가 가정에서 사용되는 에너지의 절반 이상을 차지하는 효율적인 난방 및 냉방을 제공하고 지구 온난화 가능성이 높은 가스를 냉매로 사용하는 현재의 “증기 압축” 시스템을 단계적으로 폐지하는 데 도움이 될 수 있기를 희망합니다. 이온칼로리 냉각은 이러한 가스를 고체 및 액체 성분으로 대체하여 대기 중으로 빠져나가는 위험을 제거합니다.

Berkeley Lab의 대학원 연구 조교 Drew Lilley와 이 연구를 주도한 UC Berkeley의 박사 후보. “우리는 이오노칼로리 사이클이 적절하게 실현된다면 모든 목표를 달성할 잠재력이 있다고 생각합니다.”

키갈리 수정안(2022년 10월 미국을 포함한 145개 당사국에서 승인)과 같은 기후 변화 목표를 달성하려면 현재 냉매를 대체하는 솔루션을 찾는 것이 국가에 필수적입니다. 이 협정은 서명자가 향후 25년 동안 수소불화탄소(HFC)의 생산 및 소비를 최소 80%까지 줄이도록 약속합니다. HFC는 냉장고와 에어컨 시스템에서 일반적으로 발견되는 강력한 온실 가스이며 이산화탄소보다 수천 배나 효과적으로 열을 가둘 수 있습니다.

새로운 이온칼로리 사이클은 개발 중인 다른 여러 종류의 “칼로리” 냉각에 합류합니다. 이러한 기술은 열을 흡수하거나 방출하도록 고체 물질을 조작하기 위해 자기, 압력, 스트레칭 및 전기장을 포함한 다양한 방법을 사용합니다. 이온 열량 냉각은 이온을 사용하여 고체에서 액체로의 위상 변화를 유도한다는 점에서 다릅니다. 액체를 사용하면 재료를 펌프질할 수 있게 하여 시스템 안팎으로 열을 쉽게 내보내는 이점이 있습니다.

Lilley와 교신 저자인 Berkeley Lab 에너지 기술 분야의 연구 협력자이자 UC Berkeley 기계 공학 겸임 교수인 Ravi Prasher는 이온 열량 주기의 기본이 되는 이론을 제시했습니다. 그들은 오늘날 대부분의 시스템에서 발견되는 기체 냉매의 효율성과 경쟁하거나 심지어 능가할 수 있는 잠재력이 있다고 계산했습니다.

그들은 또한 이 기술을 실험적으로 시연했습니다. Lilley는 리튬 이온 배터리에 사용되는 일반적인 유기 용매인 에틸렌 카보네이트와 함께 요오드와 나트륨으로 만든 염을 사용했습니다.

“단지 GWP가 아닌 냉매를 사용할 가능성이 있습니다. [global warming potential]-0이지만 GWP 음성입니다.”라고 Lilley는 말했습니다. “에틸렌 카보네이트와 같은 물질을 사용하는 것은 실제로 탄소 음성일 수 있습니다. 이것은 CO를 사용할 장소를 제공할 수 있습니다.₂ 탄소 포획에서.”

시스템을 통해 흐르는 전류는 이온을 이동시켜 재료의 녹는점을 변경합니다. 녹을 때 물질은 주변의 열을 흡수하고 이온이 제거되고 물질이 굳으면 열을 되돌려줍니다. 첫 번째 실험은 1볼트 미만을 사용하여 섭씨 25도의 온도 변화를 보여주었으며, 이는 다른 열량 기술에서 입증된 것보다 더 큰 온도 상승입니다.

“우리가 균형을 맞추려고 하는 세 가지가 있습니다. 냉매의 GWP, 에너지 효율성, 장비 자체의 비용입니다.”라고 Prasher는 말했습니다. “첫 번째 시도에서 우리의 데이터는 이 세 가지 측면 모두에서 매우 유망해 보입니다.”

열량 방법은 종종 냉각력 측면에서 논의되지만 물 가열 또는 산업 난방과 같은 응용 분야에도 사이클을 활용할 수 있습니다. 이오노칼로릭 팀은 많은 양의 냉각을 지원하고 시스템이 지원할 수 있는 온도 변화의 양을 개선하며 효율성을 개선하기 위해 기술이 어떻게 확장될 수 있는지 결정하기 위해 프로토타입에 대한 작업을 계속하고 있습니다.

Prasher는 “우리는 서로 다른 분야의 요소를 결합하는 새로운 열역학 주기와 프레임워크를 가지고 있으며 이것이 작동할 수 있음을 보여주었습니다.”라고 말했습니다. “이제 공학적 문제를 해결하기 위해 재료와 기술의 다양한 조합을 테스트하는 실험을 할 때입니다.”

Lilley와 Prasher는 이온칼로리 냉동 사이클에 대한 잠정 특허를 받았으며 현재 이 기술을 라이선스할 수 있습니다.

이 작업은 DOE의 에너지 효율 및 재생 가능 에너지 건물 기술 프로그램의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/01/230104085253.htm