【據(jù)日本國立材料研究所網(wǎng)站2022年4月22日報道】日本國立材料科學研究所（NIMS）、日本東北大學和日本同步輻射研究所（JASRI）開發(fā)了一系列基于Er(Ho)Co2的磁冷卻合金，可將氫氣從77 K（-196℃）有效冷卻至20 K（-253℃，液化溫度）。磁冷卻合金具有優(yōu)異的循環(huán)耐久性，可用于開發(fā)低成本液化氫的高性能磁制冷系統(tǒng)，這是實現(xiàn)綠色燃料廣泛使用的關(guān)鍵技術(shù)。

氫燃料有望在促進碳中和社會中發(fā)揮重要作用。氫氣的液化在安全和節(jié)省儲運空間方面具有重要意義。氫的廣泛使用需要開發(fā)低成本生產(chǎn)液態(tài)氫的新技術(shù)。

磁制冷技術(shù)是通過施加和去除外部磁場，使磁性材料中磁熵發(fā)生變化來冷卻氫氣。去除磁場會導致材料中原子的磁矩從對齊方向變?yōu)殡S機方向，材料從周圍的制冷劑氣體中吸收熱量，從而間接冷卻和液化氫氣。

因為磁制冷技術(shù)不需要大型壓縮機，所以理論上它可以比傳統(tǒng)的蒸汽壓縮制冷技術(shù)節(jié)能25%到50%，同時設(shè)備尺寸也減小很多。

然而，現(xiàn)有的磁性材料不能在從 77 K（-196℃，氮氣液化溫度）到 20 K（-253℃，氫氣液化溫度）的寬廣溫度范圍內(nèi)有效地冷卻氫氣，并且也不能承受因暴露于變化的磁場和累積的內(nèi)應(yīng)力而導致的劣化?；贓r(Ho)Co2的磁性化合物可有效地將氫氣從77 K冷卻至20 K。但由于循環(huán)性能差，冷卻能力不可逆。這些問題在這項工作中得到了解決。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，通過添加微量的3D過渡金屬元素，使化合物能夠抵抗因反復(fù)施加磁場和溫度波動而引起的劣化。通過調(diào)整這些添加劑的類型和數(shù)量，研究團隊能夠開發(fā)出一系列磁性材料，這些材料可以組合使用，將氫氣從 77 K 冷卻到 20 K，而不會影響其在該溫度范圍內(nèi)的高冷卻能力。heavy fuel engine