[发明专利]一种低成本的太阳能热发电显热-潜热复合储热陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种低成本的太阳能热发电显热‑潜热复合储热陶瓷及其制备方法，所述复合储热陶瓷由蜂窝结构的显热陶瓷基体内封装潜热合金粉末得到；所述显热陶瓷基体的原料及质量百分比为：煤系高岭土65～70％，铝粉30～35％。本发明提供的显热‑潜热复合储热陶瓷的蓄热密度≥1500kJ/kg(室温～1000℃)，1000℃～室温热循环100次无开裂，合金无泄漏，合金与陶瓷基体无化学反应，满足太阳能热发电储热材料的性能要求。

技术领域

本发明属于能源新材料技术领域，具体涉及一种低成本的太阳能热发电显热-潜热复合储热陶瓷及其制备方法。

背景技术

太阳能热发电是通过聚光的方式，先将太阳能转换为高品位的热能，进而通过斯特林发电机实现电力生产的技术。太阳能热发电系统包括聚光集热系统、储热系统、发电系统和控制系统等部分，其中储热系统通过储存热量，在无太阳光的情况下，平稳地放热以供发电，从而有效地解决由太阳光的间歇性带来的电力输出波动问题。由于储热系统需长期在200～900℃高温下工作，因此要求储热材料不仅要具有高的储热密度，还要具有良好的耐高温和抗热震性能。

储热材料是太阳能热发电储热系统的关键，有显热和潜热储热材料之分。目前常见的显热储热材料多为刚玉和莫来石质蜂窝陶瓷，《Selection of materials for hightemperature sensible energy storage》一文中指出，高温显热储热材料中刚玉的性价比最高。中国发明专利《刚玉莫来石质蜂窝陶瓷蓄热体》(CN 102399082 B)公开了一种以刚玉、莫来石、氧化铝和粘土等为原料制备的刚玉莫来石质蜂窝陶瓷蓄热体。尽管刚玉和莫来石质蜂窝陶瓷具有良好的机械性能、抗腐蚀和抗冲刷性能，但均存在原料成本高、抗热震性能差等缺陷。

目前常见的潜热储热材料多为熔盐和合金，如中国发明专利《一种混合纳米颗粒高导热性储热熔盐及其制备方法》(CN 103289653 A)公开了一种混合纳米颗粒的储热熔盐，通过添加高导热相提高熔盐的导热性。然而，熔盐与合金储热材料均具有较强的腐蚀性，会影响整个储热系统的安全长效运行，并且熔盐储热材料导热性能差，合金储热材料价格昂贵。

可见，单一的显热或潜热储热方式无法保证高效稳定储热，而常用的储热技术多为金属容器储存熔盐或合金相变材料，存在储热罐被腐蚀发生相变材料泄漏的隐患。目前有少数关于显热-潜热复合储热的研究，但也存在陶瓷基体抗热震性能差、热导率低的不足。因此，本发明首先制备成本低、抗热震性能优良、耐腐蚀性能好的蜂窝陶瓷基体(显热)，再在其中封装相变材料(潜热)，获得显热-潜热复合储热陶瓷，这样既克服了显热材料成本高、抗热震性能差的缺点，又解决了相变储热材料腐蚀性强的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种成本低、储热密度高、导热性能好、抗热震性能优良的太阳能热发电显热-潜热复合储热陶瓷及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种低成本的太阳能热发电显热-潜热复合储热陶瓷，所述复合储热陶瓷由蜂窝结构的显热陶瓷基体内封装潜热合金粉末得到；

所述显热陶瓷基体的原料及质量百分比为：煤系高岭土65～70％，铝粉30～35％；

所述复合储热陶瓷中潜热合金粉末装填量占显热陶瓷基体通孔体积的2/3～3/4。

按上述方案，所述潜热合金粉末为Al-Si合金粉末。

本发明还提供上述低成本的太阳能热发电显热-潜热复合储热陶瓷的制备方法，其步骤如下：