吸附式制冷材料研究取得进展
发布于 2022-01-16 08:21
供冷供热约占全球终端能源消耗的50%，预计在未来十年将保持快速增长。目前大部分热能供应来自化石燃料，贡献了大量二氧化碳排放。因此，在双碳目标的迫切需求下，发展低碳供冷供热技术具有重要意义。区别于电力驱动的制冷制热解决方案，吸附式制冷/热泵可以利用太阳能、地热能、低温废热等低品位热能进行驱动，是一种具有潜力的低碳供冷供热技术，而开发高效稳定的吸附材料是吸附式制冷/热泵应用的决定性因素。
针对传统硅胶和活性炭吸附性能差、新兴金属有机框架（MOFs）材料成本高和难以规模生产的问题，中国科学院工程热物理研究所传热传质中心研制出性能优良且具有产业化潜力的SFO型磷酸铝分子筛材料。详细测试表征分析表明，SFO型磷酸铝为20-120 nm厚的片状形貌（图1），具有优异的水热稳定性，在沸水中浸泡24小时仍保持其结晶度、骨架结构及微孔率。S形水吸附等温线表明其具有适宜的亲水性和极低的吸附焓（图2）。此外，该材料在63 °C的超低驱动温度下表现出优异的制冷性能系数COPc = 0.85，为目前国内外已有报道的最高值。热泵条件下，该材料在82 °C的驱动温度下性能系数可达COPH = 1.75（图3）。SFO型磷酸铝还显示了较快的吸脱附动力学性能，在5 °C蒸发温度与 65 °C脱附温度工况下，单位质量制冷能力可达到SCP80% = 1.1 kW kg-1，超过了商用吸附剂和现有的MOFs，并且原材料成本更低。
相关研究成果以Ultralow-temperature-driven water-based sorption refrigeration enabled by low-cost zeolite-like porous aluminophosphates为题，发表在Nature Communications上。研究工作得到上海交通大学科研人员的支持，并获得国家自然科学重点基金、国家重点研发计划等的资助。
图1.SFO型磷酸铝分子筛的形貌特征
图2.SFO型磷酸铝分子筛的水吸附性能
图3.SFO型磷酸铝分子筛制冷热泵性能
来源：中国科学院工程热物理研究所
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