吸附式制冷材料的研究进展

2022年2月10日

制冷和供暖约占全球终端能源消耗的50%,预计这一比例将在未来十年保持快速增长。目前,大部分的热能供应来自化石燃料,这造成了大量的二氧化碳排放。因此,在双碳目标的迫切需求下,发展低碳冷却和加热技术具有重要意义。与电驱动制冷制热解决方案不同,吸附式制冷/热泵可以利用太阳能、地热能、低温余热等低品位热能驱动。它是一种有潜力的低碳冷却和加热技术,高效稳定的吸附材料的开发是吸附制冷/热泵应用的决定性因素。

针对传统硅胶、活性炭吸附性能差、新兴金属有机骨架(MOFs)材料成本高、难以大规模生产的问题,工程热物理研究所传热传质中心,中科院研制出了性能优良、具有产业化潜力的SFO磷酸铝筛材料。详细的测试和表征分析表明,SFO型磷酸铝具有20 ~ 120 nm厚度的片状结构,水热稳定性好。沸水浸泡24小时后仍能保持其结晶度、骨架结构和微孔率。s型吸附等温线表明其具有良好的亲水性和很低的吸附焓。此外,该材料在63℃的超低驱动温度下表现出优异的制冷性能系数COPC = 0.85,为国内外报道的最高值。在热泵工况下,材料在驱动温度82°c下的性能系数可达到coph = 1.75。SFO磷酸铝也表现出快速吸附和解吸动力学性能。在蒸发温度为5°C、脱附温度为65°C的工况下,单位质量制冷容量可达scp80% = 1.1 kW kg-1,高于商用吸附剂和现有MOFs,且原料成本较低。

相关研究成果发表在《自然通讯》杂志上,题为“低成本的类沸石芽磷酸盐铝实现超低温驱动水基吸收精馏”。研究工作得到上海交通大学科研人员的支持,并得到国家重点自然科学基金和国家重点研发计划的支持。