[發明專利]水合鹽基中低溫化學蓄熱材料以及制備方法

有效

• 申請號: 202010759968.8
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111978922B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 曾敏;李威;王秋旺
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C09K5/02
• 分類號: C09K5/02
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 姜杉

本發明披露一種水合鹽基中低溫化學蓄熱材料的制備方法，所得到的水合鹽基中低溫化學蓄熱材料的熱化學性能優于現有技術的水合鹽基中低溫化學蓄熱材料。通過將三類不同特性的水合鹽按照特定的重量比，并利用本發明提出的制備方法，最終合成的三元水合鹽基蓄熱材料的吸附動力性能、儲熱密度、循環穩定性等熱化學特性均明顯優于現有技術的水合鹽基中低溫化學蓄熱材料，并可有效避免團聚、膨脹、潮解、滲漏等氣?固儲熱反應過程中易發生的一系列問題。本發明大大提升了水合鹽基復合熱化學蓄熱材料在中低溫化學蓄熱系統中的應用可行性。

技術領域：

本發明涉及水合鹽基中低溫化學蓄熱材料，具體地是一種水合鹽基中低溫化學蓄熱材料以及制備方法。

背景技術：

隨著傳統化石能源枯竭和環境惡化等問題的日益嚴重，大力發展新能源和可再生能源以緩解全球能源危機和資源短缺是必經之路。隨著新能源和可再生能源的逐漸興起，儲能技術也隨之蓬勃發展，以改進能源供給側和需求側之間的不匹配性。熱化學儲熱技術儲熱密度大，幾乎無熱損失，并可實現長期熱能存儲。其中，水合鹽基儲熱材料在中低溫(≤150℃)條件下即可實現脫附充熱過程，是當前最具應用前景的熱化學儲熱方式之一。儲熱與釋熱過程原理如下：

然而，水合鹽通常存在熱導率低、穩定性差、水合速率差、反應過程中易發生團聚、潮解或膨脹等現象，限制了其實際應用。

為解決上述問題，將水合鹽材料進行改性是目前常用的有效方法。經對現有文獻和專利的檢索發現，多數相關研究是利用不同類型的多孔基質與水合鹽復合以改善純鹽固有的缺點。文獻“Li W,Zeng M,Wang Q.Development and performance investigation ofMgSO₄/SrCl₂ composite salt hydrate for mid-low temperature thermochemical heatstorage.Solar Energy Materials and Solar Cells 2020；210:110509.”中，作者將水合鹽MgSO₄和SrCl₂制備成為二元復合鹽用于中低溫熱化學儲熱，其儲熱密度和蒸汽吸附性能相比于單鹽得到提升。然而由于該復合物由純鹽混合，水合(吸附)釋熱過程中過度吸附蒸汽而液解以及材料的強度等問題仍未解決。文獻“Hydrophilic substance assisted lowtemperature LiOH·H₂O based composite thermochemical materials for thermalenergy storageApplied Thermal Engineering 2018；128:706-711.”中，作者將LiOH·H₂O與LiCl混合制備出的二元鹽可提升LiOH水合鹽的水合速率。LiCl的添加雖然改善了儲熱材料的吸附性能，但由于主體材料是LiOH，因此改善效果有限。此外由于該儲熱材料缺少多孔基體的支撐，潮解、循環性能衰減等問題依然存在，無法直接應用于儲熱系統。文獻“LiW,JJ,Wang Q,Zeng M.Development and characteristics analysis of salt-hydrate based composite sorbent for low-grade thermochemical energystorage.Renewable Energy 2020；157:920–40.”中，研究人員將LiOH·H₂O和膨脹石墨通過簡易的溶液浸漬法并壓制成為形態穩定的儲熱吸附劑，該復合吸附劑具有較高的導熱系數和儲熱密度，然而在釋熱過程中，由于LiOH吸附動力學性能較差，使得水合速率極為緩慢，熱輸出功率大大降低。文獻“Sutton R,Jewell E,Searle J,Elvins J.Dischargeperformance of blended salt in matrix materials for low enthalpythermochemical storage.Applied Thermal Engineering 2018；145:483–93.”中，作者將MgSO₄和CaCl₂等水合鹽按照不同的堆積方式分層填充于容器內進行水合釋熱研究。由于只是將不同水合鹽簡單地物理堆積，水合鹽固有的缺點如MgSO₄難以吸附水合、CaCl₂作為強吸濕鹽易吸水潮解等問題依舊存在，嚴重影響了儲熱單元的整體性能。在后續的研究“SuttonRJ,Jewell E,Elvins J,Searle JR,Jones P.Characterising the discharge cycle ofCaCl₂ and LiNO₃ hydrated salts within a vermiculite composite scaffold forthermochemical storage.Energy and Buildings 2018；162:109–20.”中，作者將蛭石作為多孔基體包覆CaCl₂和LiNO₃水合鹽，然而由于蛭石導熱系數極低、密度小，使得儲熱密度低，難以滿足儲熱系統的需求。文獻“Zhang YN,Wang RZ,Li TX.Thermochemicalcharacterizations of high-stable activated alumina/LiCl composites withmultistage sorption process for thermal storage.Energy 2018；156:240–9.”中，作者將LiCl浸漬于活性氧化鋁微觀孔隙內形成復合儲熱吸附劑。通過控制LiCl鹽分在多孔基質內含量避免液解和鹽溶液的滲漏。該吸附劑吸附性能較好，但由于微孔內鹽含量有限，儲熱密度仍有待提升。此外，活性氧化鋁熱導率很低，實際應用中傳熱效果差。