两位杰青领衔，上海交大，Nature Energy！

米测MeLab

2026-03-16

特别说明：本文由米测技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。

编辑丨风云

研究背景

制冷和空调占全球电力消耗的20%，且随着全球变暖持续增长。传统的蒸气压缩技术高度依赖高全球变暖潜能值（GWP）的氢氟烃类制冷剂，而新兴的固态热效应制冷技术虽然环保，但面临驱动场强高、温降小或功率密度不足的问题。因此，开发高效、环保且能利用低品位能源的制冷技术已成为应对气候变化的紧迫任务。

关键问题

目前，制冷技术的开发主要存在以下问题：

1、固态热效应动力学缓慢

离子热循环等固态制冷方式由于涉及两种固体材料混合，其动力学过程极其缓慢，导致冷却功率密度受限（仅5.75–180 W L⁻¹），难以满足实际应用对高功率的需求。

2、溶解制冷再生效率低下

现有的溶解制冷系统在盐水分离再生阶段，由于盐的溶解焓远小于水蒸发所需的相变焓，导致约80%的输入能量以冷凝热形式浪费，系统整体效率极低。

新思路

有鉴于此，上海交通大学李廷贤（杰青）、王如竹（杰青）、仵斯等人提出了一种具有可扩展储热功能的吸附驱动溶解制冷（SdDR）循环。理论和实验结果表明，利用中低品位热能（80–150 °C）作为循环驱动能，该循环比固态热效应具有更大的绝热温降。作者展示了一个实用系统的可行性，实验结果显示绝热温降达37 K，最低制冷温度为-25.4 °C。重要的是，吸附过程允许热量储存和灵活的冷热供应，以适应多样且复杂的应用场景。这项工作为利用可再生能源实现高效制冷和供热提供了新思路。

技术方案：

1、阐明了SdDR的概念与基本原理

SdDR系统利用吸附驱动吸热盐再生，通过水合溶解吸热制冷、吸附放热再生，仅需80-150°C低品位热能，兼具储热能力和良好传质特性。

2、系统筛选了内能盐和吸附剂

研究筛选出KSCN-水-LiCl工质对，KSCN溶解焓高且安全，LiCl/沸石复合吸附剂增强动力学，系统绝热温降37 K，等温熵变433.7 J kg⁻¹ K⁻¹，性能优异。

3、评价了溶解制冷性能

KSCN溶解焓随温度升高而增大，系统20秒内可达-25.4°C，再生验证显示冷热端温差分别达23 K和32 K，极寒条件下仍具热供应能力和气候适应性。

4、展示了全循环 和扩展应用

原型机在120°C下实现-8°C制冷和55°C供热，COP达1.13，成本0.498 CNY/kWh且零GWP，可灵活切换运行模式，具显著减排优势。

技术优势：

1、提出了创新的SdDR循环架构

本文首次将固体吸附过程引入溶解制冷循环，利用吸附产生的压力差驱动盐水分离再生，解决了传统溶解制冷高能耗的瓶颈，并实现了能量的时间解耦利用。

2、实现了卓越的制冷与气候适应性

研究实现了37 K的超大绝热温降和-25.4 °C的极低制冷温度，且在-13 °C的环境下仍能输出43.2 °C的热能，展示了极佳的极端环境应用潜力。

技术细节

SdDR的概念与基本原理

SdDR系统主要由吸附剂、内能盐和溶剂（水）组成，核心在于通过吸附过程驱动吸热盐的再生。在制冷阶段，干燥的盐与水混合发生吸热溶解反应，利用离子的水合能和晶格能从环境吸收热量实现冷却。在再生阶段，干燥的吸附剂通过降低周围蒸汽压，驱动水分从盐溶液中蒸发并被吸附，从而使盐恢复到固体状态，此过程伴随大量吸附热释放。这种吸附驱动的蒸馏过程克服了传统加热蒸馏的局限，其驱动力来源于吸附剂与溶液之间的平衡压差。该循环仅需80–150 °C的中低品位热能（如太阳能、工业废热）驱动，且吸附过程赋予了系统热能储存能力，使冷热输出在时间上可调控，有效解决了间歇性能源与需求不匹配的问题。此外，该系统使用可泵送的盐水混合物，比固态材料具有更好的传热传质潜力。

图 SdDR的概念和基本原则

工质对的选择与性能评估

研究人员针对内能盐和吸附剂进行了系统筛选，以绝热温降和制冷能力为关键指标。在候选盐中，硫氰酸钾（KSCN）脱颖而出，其溶解焓和溶解度较高，且水溶液共晶点极低（-47 °C），支持极低环境下的蒸发过程。与常见的硝酸铵（NH₄NO₃）相比，KSCN制冷性能相当且无爆炸风险，安全性更高。对于吸附剂，LiCl因其较高的输出温度和能量密度被选中。为了解决纯盐动力学缓慢的问题，研究人员将LiCl负载于多孔沸石13X基底上，制得的复合吸附剂表现出增强的吸附能力和极佳的循环稳定性。最终确定的KSCN–水–LiCl工质对在35 °C下可实现37 K的绝热温降，等温熵变达433.7 J kg⁻¹ K⁻¹，显示出优于许多现有固态热效应材料的性能。

图  吸热材料和吸附剂的表征

溶解制冷性能评价与再生验证

实验测定显示，KSCN的溶解焓随温度升高而增大，从-10 °C时的120 kJ/kg增加到30 °C时的180 kJ/kg。通过优化初始温度，系统可在20秒内达到-25.4 °C的最低温，证明了其在空间冷却和食品储藏等领域的应用潜力。多阶段加水实验进一步证实，即使在过饱和状态下，由于稀释焓的贡献，系统仍保有显著冷却能力。在再生验证中，自制原型机展示了热端（吸附侧）和冷端（溶液侧）的剧烈温度变化，温差分别偏离环境23 K和32 K，证明了盐水分离的成功。即使冷端降至-13 °C，热端仍能达到43.2 °C的高温，体现了系统在极寒条件下的热供应能力和广泛的气候适应性。这种同时输出冷热的能力为多功能应用奠定了基础。

图  KSCN-水体系的吸热效应

图  KSCN-水二元体系分离及吸附热能输出的表征

全循环验证与扩展应用

在原型机进行的全循环测试中，系统经历了充电（热驱动脱附）、热存储、溶解制冷和吸附热输出四个阶段。在120 °C热源驱动下，水分脱附并在冷凝器液化，随后与KSCN混合产生-8 °C的制冷效果。随后通过重新连接吸附罐，利用存储的势能释放出高达55 °C的热量。该系统可灵活切换为连续制冷、连续供热或冷热联供模式，整体循环性能系数（COP）理论上可达1.13。经济性分析表明，该系统的热能平准化成本可低至0.498 CNY/kWh，且由于所用材料的GWP为零，相比传统蒸气压缩系统在减排方面具有显著优势。未来研究将聚焦于平衡吸附剂的热质传递矛盾、开发新型高性能吸附材料以及提升系统的真空密封与耐腐蚀性能，以进一步推动其工业化应用。

图  扩展应用程序的周期和概念的说明和验证图

展望

本文提出并验证了一种基于吸附驱动溶解制冷（SdDR）的新型循环，利用中低品位热能实现了高效制冷与储能的协同。实验证实的37 K超大温降和-25.4 °C极低冷却温度，结合其优异的季节适应性和多模式运行能力，使其在建筑能管、工业余热利用及数据中心散热等领域极具竞争力。该研究不仅克服了传统溶解制冷的效率瓶颈，也为低碳环保制冷技术的规模化应用开辟了新途径。

参考文献：

Wu, S., Tang, K., Zhang, X. et al. Sorption-driven dissolution refrigeration cycle with thermal storage. Nat Energy (2026). 

https://doi.org/10.1038/s41560-026-01992-0