[發明專利]基于金屬氫化物和金屬有機框架材料的熱能存儲方法

在審

• 申請號: 201710968381.6
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107941062A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 魏啟;李敏
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00;C01B3/00
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙)31215
• 代理人: 徐筱梅,張翔

技術領域

本發明屬于能源存儲技術領域，涉及一種化學反應熱能存儲方法，用于解決高溫儲熱問題；尤其是一種基于金屬氫化物和金屬有機框架（Metal Organic Framework MOF）材料的熱能存儲方法。

背景技術

熱能存儲在工業界具有廣泛的應用，比如聚光太陽能熱發電，核電廠移峰錯谷，鋼鐵廠余熱利用等。目前熱能存儲的方法主要分為三大類：顯熱儲存、相變儲存和化學反應儲存。顯熱儲存是利用儲熱材料的熱容量，通過升高或降低材料的溫度而實現熱量的儲存或釋放的過程。相變儲存是利用儲熱材料在熱作用下發生相變而產生熱量儲存的過程。化學反應儲存是利用化學反應的反應熱的形式來進行儲熱。其中化學反應儲存相對具有儲能密度高，可長期儲存等優點，是當前工程界熱能存儲研究的一個重要方向。

金屬氫化物（氫化鋰，氫化鈉，氫化鉀，氫化鎂）的分解和合成可以吸收和釋放大量熱量；不同金屬氫化物分解的溫度的不同也可以滿足不同溫度的熱源的熱能存儲需求。所以金屬氫化物是理想的化學反應型的熱能存儲介質。但是反應分解出來的氫氣的密度很低，導致熱能存儲密度很低。為了提高能量存儲密度，必須提高氫氣的存儲密度。目前通用的做法是把氫氣轉化成另一種低溫金屬氫化物來儲存。但是低溫金屬氫化物由相對不活潑金屬與氫氣結合生成，反應速率不高，限制了熱能存儲功率的提高；另外，氫氣釋放過程需要消耗很多額外熱能，從而影響整體高溫儲能的效率。

近十年來發展迅速且可在儲能中廣泛應用的金屬有機框架（Metal Organic Framework MOF）材料是當下研究的熱點材料。MOF材料是一種配位聚合物，具有三維的孔結構，一般以金屬離子為連接點，有機配位體支撐構成空間3D延伸，是一類重要的新型多孔材料，可以廣泛的用于氣體的存儲。因為MOF對氫氣的吸附能比金屬氫化物的化學鍵能要小很多，因此，氫氣釋放過程消耗的熱能也少很多；另外，特定類型的MOF吸附和解吸氫氣可以在常溫下進行，這樣就大大降低了氫氣存儲的成本，提高了存儲效率。所以為了增加金屬氫化物化學反應儲熱的實用性，與MOF材料的結合就勢在必行。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫熱能存儲方法，以實現高溫熱能的存儲。為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種基于金屬氫化物和金屬有機框架（MOF）材料的高溫儲熱方法，特點是：通過密閉空間中的金屬氫化物高溫下分解來吸收熱能，產生金屬和氫氣，氫氣通過導管導入具有MOF材料的封閉空間，MOF材料發揮吸附作用，對氫氣進行高密度存儲；待需要熱能輸出時，適當升高MOF材料溫度，使MOF材料解吸氫氣，然后氫氣沿導管回到盛有金屬的密閉空間并與之反應生成金屬氫化物從而放出大量熱能。

所述金屬氫化物是氫化鋰（LiH）、氫化鈉（NaH）、氫化鉀（KH）或氫化鎂（MgH₂）；金屬有機框架（MOF）材料是MOF-5、MOF-177、Be-BTB、Zn₇O₂(pda)₅、Cu₂(hfipbb)₂(H₂hfipbb)、ZnO₄(L1)₃或ZnO₄(L2)₃ MOF。

所述氫氣在金屬氫化物分解所產生的自然壓強下被金屬有機框架（MOF）材料吸附，該自然壓強上限是100個大氣壓。

所述金屬有機框架（MOF）材料吸附和解吸氫氣在室溫～100℃之間進行。