近年来，制冷行业的碳排放占全球总碳排放的7.8%，因高GWP（温室效应指数）制冷剂泄漏至大气产生的直接碳排放约占其中的20%。具有零GWP特性的弹热制冷为实现制冷行业的双碳目标提供了新的技术途径。弹热制冷是利用形状记忆合金在单轴应力作用下发生可逆相变，并利用该相变潜热制冷的新型固态制冷技术，具有高体积能量密度、高理论效率等突出优势。虽然弹热制冷材料层面的效率高达80%热力完善度，但现有弹热制冷系统层面的效率只有不到5%。所以，揭示制约弹热制冷系统效率的瓶颈因素，进行深入理论研究和应用技术开发，降低系统成本，提高系统效率，对弹热制冷技术的发展具有重要意义。

钱苏昕教授、薛德祯教授、何雅玲院士等人从新材料和新机械能回收方法两方面进行了研究。在材料方面，团队研制了大批量制备更高效TiNiCu三元合金的新工艺，可以制备晶粒尺寸均匀的kg级TiNiCu块材，在材料层面获得了125%的效率提升；在系统层面，团队首次提出了滚轮驱动的新架构（图A），通过匹配适量的转动惯量储存转动动能，突破了现有往复式功回收设计无法回收起始阶段负功的局限性，获得了78%的功回收效率（图B），超越了国际上公认的往复式功回收65%的理论效率极限。通过材料和系统两个层面的研究，获得了零温跨时1.27的系统级制冷性能系数，大幅度促进了弹热制冷系统的效率提升。

图（A）滚轮驱动两组SMA制冷的系统原理图

图（B）实测功回收效率与无动能回收的理论功回收效率对比

在国家自然科学基金项目（批准号：52376015、52341601）等资助下，钱苏昕教授团队在弹热制冷器件方面取得进展。研究成果“高效滚轮驱动的弹热制冷系统（Efficient roller-driven elastocaloric refrigerator）”发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

为该论文的唯一完成单位，能源与动力工程学院硕士研究生姚思佳和材料科学与工程学院博士研究生党鹏飞为共同第一作者，能动学院钱苏昕教授、材料学院薛德祯教授、能动学院何雅玲院士为通讯作者。

论文链接为：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51632-y