[发明专利]太阳能集热发电用稀土-镁金属氢化物高温储热材料

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能集热发电用储热材料，具体涉及到一种新型稀土-镁金属氢化物储热材料。

背景技术

太阳能集热发电是一种重要的清洁能源，通过反射镜将太阳光聚焦到集热器，加热导热媒介与高压水换热产生高温高压水蒸汽，推动汽轮机发电。太阳能集热发电与传统火力发电原理相同，因此可与传统火电站集成在一起，电力可直接并网。在太阳能集热发电系统中热量储存是一个重要的组成部分，它对电站全天候连续稳定发电、电力削峰填谷和降低发电成本起着重要的作用。储热材料是储热系统的关键，提高储热材料的储热能量密度和工作温度对于提高发电效率和降低发电成本具有重大意义。储热材料种类繁多，通常可分成三大类：显热、潜热和化学反应储热材料。显热储热是利用物质本身的热容储热，蓄放热过程简单、技术成熟、成本低，但储热密度小、效率低。熔融盐是代表性的显热储热材料，具有较高的使用温度(300-500℃)和较大的热容量(130kJ/kg)。潜热储热是利用相变过程中的热效应，其储热密度较高，如金属铝具有较高的相变潜热(400kJ/kg)和相变温度(661℃)。化学反应储热利用可逆化学过程中吸放热效应，其储能密度非常高，如金属氧化物和金属氢化物储热系统。其中金属氢化物的储热密度超过1700-4000kJ/kg，是熔融盐储热量的10-30倍，是相变储热材料的4-10倍，具有明显的优势。另外，储氢合金吸放氢反应可逆，可循环使用上千次，且无副反应、温度范围可调、无腐蚀性、系统安全、易操作、设备成本较低，是理想的蓄热材料。

金属氢化物的储热原理是基于金属或合金在吸放氢过程中的热效应，与氢气反应生成金属氢化物的过程中释放大量的热量，而在金属氢化物分解放氢时吸收大量的热。在太阳能集热发电高温储热方面，主要研究了Li、Ca、Mg三种金属氢化物。Li和Ca金属氢化物的储能密度很高，分别是2900kJ/kg和4494kJ/kg，工作温度在900-1000℃之间，可应用到塔式太阳能集热发电的储热系统中。Mg的金属氢化物作为储热材料得到最广泛的关注，它的主要优势是储热密度高(2800kJ/kg)，资源丰富价格便宜，安全可靠，最重要的是它的工作温度适于即将商业化的槽式太阳能聚热发电系统的储热温度(400-500℃)。Mg基金属氢化物用于太阳能热发电储存热量的概念在上世纪70年代就被提出来，不仅研究了Mg储氢材料作为热能存储的基本性能，而且开发了高温蓄热系统样机，并将其应用于太阳能热发电系统中。Mg储热材料存在的主要问题是工作温度低，平台压高，动力学性能差。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的稀土-镁储热材料，其工作温度、平台压力和动力学性能都明显优于纯Mg储热材料。

一种太阳能集热发电用稀土-镁金属氢化物高温储热材料，成分原子比为：(Ce_1-yA_y)Mg_x，其中A＝Mn、Ca、Ti、B中的一种或两种或两种以上成分，7≤x≤17，0<y≤0.2。工作温度区间为250℃-750℃。

所述太阳能集热发电用稀土-镁金属氢化物高温储热材料的制备方法是采用机械合金法或感应熔炼法制备，合金冷却时分普通凝固，定向凝固和快速凝固三种方式。

采用机械合金法制备时所用的高能球磨机或行星球磨机，需要在氩气或氦气气氛中进行。

与现有纯镁储热材料相比，本发明的新型稀土-镁储热材料有如下优良性能：活化性能得到显著的改善，活化时间明显缩短；吸氢动力学性能非常好，吸氢速率快，；放氢动力学性能同样优良，可保证本发明材料在使用过程中能在一定的条件下自由的吸放氢，达到储能的目的；本发明材料比现有纯镁储热材料在同温度下的吸氢平台压都要低，且在400℃的最大吸氢量接近MgH₂的吸氢量，且平台滞后性不大；具有很好的循环可逆性。

附图说明：

图1是按照实施例所述两种稀土-镁金属氢化物高温储热材料(Ce_0.9Ti_0.1)Mg₁₂和(Ce_0.8Mn_0.2)Mg₁₂的活化曲线。

图2按照实施例所述两种稀土-镁金属氢化物高温储热材料(Ce_0.9Ti_0.1)Mg₁₂和(Ce_0.8Mn_0.2)Mg₁₂的吸氢动力学曲线。