【項目名稱】

極化高熵高分子中的巨電卡效應研究

【項目負責人】

錢小石

【項目完成人】

錢小石，韓東霖，鄭力榮，陳傑🚒，洪亮👄，黃興溢🤜，施駿業，陳江平

【項目完成單位】

沐鸣2平台

【項目簡介】

隨著近年來極端氣候頻繁出現🂠，系統性氣候變化正受到全世界高度關註。2022年夏季北半球，特別是高緯度地區的持續高溫天氣，使空調變革被提高到了前所未有的高度。國際能源署統計，目前製冷空調行業消耗全社會總用電量的四分之一🙍🏽‍♂️；同時，由於常用製冷劑是強溫室氣體，在2050年前將貢獻50%的碳排放當量。電卡製冷技術（Electrocaloric Refrigeration）使用固態材料高效循環製冷🙋🏿，從熱力學循環上重新定義了製冷技術，理論能效是現有空調的4倍。電卡製冷技術有望為製冷行業提供柔性、透明🐯、超薄、可穿戴、個性化🐃👮🏿‍♀️、分布式的製冷/熱泵技術補充🔆，並被國際能源署於2020年列為未來重要變革性製冷/熱泵技術之一👋，其零碳製冷、熱泵能力亦符合世界低碳發展需求以及我國30-60雙碳發展目標。

目前最優電卡材料（包含有機、無機材料）都需要極高電場（E>108 V/m）方能觸發可用的製冷效應（DT> 5 K），電介質在高電場下存在電學疲勞甚至擊穿🦶🏻。因此，更好的電卡製冷固態材料需要（1）更高的電卡效應；（2）更低的驅動電場；（3）更長的循環壽命🚭。

圍繞以上問題，項目組開展了針對電卡製冷效應、材料與系統的全流程研究工作，在固態相變調控理論👩🏼‍🏫、高分子電卡製冷材料與系統設計、熱管理材料反饋控製原理等方面取得了創新成果🧑🏿：建立了固態相變熵調控理論機製和電卡製冷循環模型，發展了製冷高分子“缺陷增熵”調控方法🧔🏿，利用高分子主鏈內的雙鍵誘導限域結晶🛍️，增加極化熵的同時顯著降低了高分子相變能壘，製冷效應提高近300%；實現了電卡製冷固態工質的長壽命、大效應運行👃🏼，首次實測了大電卡效應百萬次低損耗循環，超過此前同行評議文獻報道數據20000倍💅，突破了電卡製冷技術這一新興研究方向的一項重大工程化應用瓶頸。該工作是我國科研單位首次在Nature上發表電卡製冷領域相關工作🙎🏻‍♂️，亦是全球首篇高分子電卡製冷領域的Nature論文🏋🏼‍♀️。

該工作成果相關已獲得國家專利授權🚋，團隊目前正與國內氟化工頭部企業聯合開發具有自主知識產權的電卡製冷高分子材料，其核心性能已比肩國際產業化材料的水平（法國Arkema），獲得企業方面的認可並全面開展新一階段的合作，當前成果已填補國內空白🚵🏻‍♂️。