华中科技大学教授段将将与冯光等合作，开发出一种更高效、更环保的制冷方式。这项新技术是基于热原电池，其通过可逆的电化学反应产生冷却效果。热电制冷比其他方法更便宜、更环保，因为它需要更低的能量输入，且其良好的可扩展性意味着可被用于从可穿戴冷却设备到工业级场景。相关研究1月31日发表于《焦耳》杂志。

“热电技术正在以清洁电力或低功耗冷却的形式进入我们的生活，研究领域和商业领域都应该关注。”论文通讯作者段将将说。

热原电池利用可逆电化学反应产生的热量来产生电能。理论上，将这一过程反过来——施加外部电流来驱动电化学反应——就能产生冷却能量。先前的研究表明，热原电池产生冷却作用的潜力有限，但段将将团队通过优化相关化学物质显着提高了这种潜力。

“以前的研究主要集中在原始系统设计和数值模拟上，这次我们开发了一种热电电解质设计新策略，使其具有创纪录的高冷却性能，可能可用于实际应用。”段将将说。

这种制冷热力学电池是基于涉及溶解铁离子的电化学氧化还原反应。在一个反应阶段，铁离子失去一个电子并吸收热量（Fe3+ → Fe2+），而在另一个阶段，铁离子获得一个电子并释放热量（Fe2+ → Fe3+）。第一个反应产生的功率会冷却周围的电解质溶液，而第一个反应产生的热量则通过热沉移除。

通过调整电解质溶液中的溶质和溶剂，研究人员能够提高电池的冷却能力。他们使用了一种含有高氯酸盐的水合铁盐，与之前测试过的其他含铁盐（如铁氰化物）相比，高氯酸盐有助于铁离子更自由地溶解和分离。通过将铁盐溶解在含有腈的溶剂中，而不是纯水中，研究人员能够将液态电池的冷却能力提高70%。

该优化后的系统能够使周围电解液的温度降低1.42K，与之前已发表的热电化学系统的0.1K制冷能力相比，是一个巨大的改进。展望未来，该团队计划继续优化设计，同时研究潜在的商业应用。

“虽然相关电解质在商业上是可行的，但要促进这项技术的实际应用，还需要进一步提升系统层面设计、可扩展性和稳定性等方面。”段将将说，“在未来，我们的目标是通过探索新的机制和先进的材料，不断提高热电冷却性能。我们也在尝试开发适合不同潜在应用场景的冰箱原型，并寻求与创新公司合作，以促进热电技术的商业化。”

相关论文信息：

http://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101822