[發(fā)明專利]復(fù)合金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料、熱化學(xué)儲(chǔ)熱模塊及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011453426.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN113606974B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖剛;彭記康;倪明江;岑可法
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): F28D20/00
• 分類號(hào): F28D20/00;C09K5/14
• 代理公司: 上海立群專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發(fā)明提供了一種復(fù)合金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料、熱化學(xué)儲(chǔ)熱模塊以及復(fù)合金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料的制備方法，能夠大幅降低現(xiàn)有的一元金屬氧化物和二元金屬氧化物儲(chǔ)熱體系的反應(yīng)溫度，并且利用該儲(chǔ)熱材料制備的儲(chǔ)熱模塊具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。具體而言，本發(fā)明提供的復(fù)合金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料是摻有鋰的三元復(fù)合金屬氧化物。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在部分二元復(fù)合金屬氧化物中進(jìn)一步摻雜鋰元素，能夠大幅降低現(xiàn)有的二元復(fù)合金屬氧化物的反應(yīng)溫度，并且，通過添加不同比例的鋰元素，反應(yīng)溫度的變化也有所不同，從而可以根據(jù)需要靈活調(diào)整配方，來獲得特定的反應(yīng)溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱化學(xué)儲(chǔ)熱領(lǐng)域，公開了一種復(fù)合金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料、熱化學(xué)儲(chǔ)熱模塊及制備方法。

背景技術(shù)

太陽能熱發(fā)電技術(shù)對(duì)緩解目前常規(guī)能源枯竭、環(huán)境日趨惡化和降低碳排放具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，但由于太陽能具有間歇性、能量密度低和穩(wěn)定性差等問題，高效、大規(guī)模的儲(chǔ)熱系統(tǒng)是維持太陽能熱電廠連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電的關(guān)鍵。熱化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)是利用可逆的化學(xué)反應(yīng)，通過化學(xué)鍵的斷裂重組實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放，相比于顯熱儲(chǔ)熱和潛熱儲(chǔ)熱，具有更大的儲(chǔ)能密度和更廣的儲(chǔ)能溫度范圍，且能量損失小，可實(shí)現(xiàn)能量的季節(jié)性存儲(chǔ)而不需要特殊的絕熱措施，在太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前我國(guó)余熱資源利用比例低，余熱資源約占其燃料消耗總量的17％～67％，其中可回收利用的余熱資源約占余熱總資源的60％，大型鋼鐵企業(yè)余熱利用率只有約為30％～50％，其他行業(yè)則更低，因此熱化學(xué)儲(chǔ)熱在高溫余熱回收領(lǐng)域具有很大的提升潛力。

根據(jù)反應(yīng)物的不同熱化學(xué)儲(chǔ)熱體系可分為金屬氫化物體系、無機(jī)氫氧化物體系、金屬氧化物體系、有機(jī)體系、氨分解體系和碳酸鹽體系。金屬氧化物體系是通過不同價(jià)態(tài)之間的金屬氧化物互相轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)吸收或釋放大量的能量來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的，在特定平衡溫度以上，多價(jià)金屬的金屬氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，吸收熱能，釋放氧氣變成低價(jià)態(tài)的金屬氧化物；當(dāng)溫度低于特定平衡溫度時(shí)，低價(jià)態(tài)的金屬氧化物發(fā)生再氧化，吸收氧氣變成高價(jià)態(tài)的金屬氧化物，釋放儲(chǔ)存的熱能，反應(yīng)溫度高、操作溫度范圍大(600～1400℃)，因此它與中高溫太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)具有更好的耦合可能性。而且金屬氧化物體系儲(chǔ)能密度高，產(chǎn)品無腐蝕性，空氣既能作為傳熱介質(zhì)，又能充當(dāng)反應(yīng)物，不需要存儲(chǔ)水蒸汽、二氧化碳或者氫氣，既能簡(jiǎn)化儲(chǔ)能系統(tǒng)，又節(jié)約成本，降低風(fēng)險(xiǎn)，受到許多研究者的廣泛關(guān)注。

考慮到反應(yīng)溫度、儲(chǔ)能密度、可逆性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、反應(yīng)速率、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性等影響因素，目前較具潛力的金屬氧化物體系有：Co₃O₄/CoO、MnO₂/Mn₂O₃、CuO/Cu₂O、Fe₂O₃/FeO、Mn₃O₄/MnO等。而現(xiàn)有的單一金屬氧化物和二元金屬氧化物儲(chǔ)熱體系的反應(yīng)溫度都較高，而且反應(yīng)溫度區(qū)間相對(duì)較為固定，例如鈷氧化物反應(yīng)溫度約為920℃，銅氧化物反應(yīng)溫度約為1030℃，錳鐵二元氧化物反應(yīng)溫度約為1000℃，反應(yīng)溫度越高對(duì)吸熱器的材料要求越嚴(yán)格，不適合用做太陽能光熱發(fā)電中高溫儲(chǔ)熱材料，所以有必要開發(fā)適合于中高溫儲(chǔ)熱的復(fù)合金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種復(fù)合金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料、熱化學(xué)儲(chǔ)熱模塊以及復(fù)合金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料的制備方法，能夠大幅降低現(xiàn)有的一元金屬氧化物和二元金屬氧化物儲(chǔ)熱體系的反應(yīng)溫度，并且利用該儲(chǔ)熱材料制備的儲(chǔ)熱模塊具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

具體而言，本發(fā)明提供的復(fù)合金屬氧化物熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料是摻有鋰的三元復(fù)合金屬氧化物。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在部分二元復(fù)合金屬氧化物中進(jìn)一步摻雜鋰元素，能夠大幅降低現(xiàn)有的二元復(fù)合金屬氧化物的反應(yīng)溫度，并且，通過摻雜不同比例的鋰元素，反應(yīng)溫度的調(diào)整幅度也有所區(qū)別，從而可以根據(jù)需要靈活選擇添加的比例，來獲得特定的反應(yīng)溫度。

作為優(yōu)選，所述三元復(fù)合金屬氧化物為鈷銅鋰三元復(fù)合金屬氧化物或者銅鋁鋰三元復(fù)合金屬氧化物。