[发明专利]热化学储热材料、热化学储热模块及制备方法

说明书

本发明提供了一种可调温的热化学储热材料，该热化学储热材料以钙钛矿结构为基础，包括A位原子、B位原子和氧原子。在钙钛矿结构(ABO₃)中，A位大多数情况下为碱金属元素，例如La、Ca、Ba、Sr等，B位大多为过渡金属元素，例如Mn、Co、Fe等，实际的钙钛矿材料通常会具有非化学计量比的氧。通过在A位或者B位掺杂不同比例的其他元素可以实现对氧化、还原反应热化学储热温度的调控。在A位或者B位掺杂的元素基本是与原位元素的原子半径相近的其他金属离子，掺杂后的储热材料能够维持钙钛矿结构基本不变，并且性能得到改善。

技术领域

本发明涉及热化学储热技术领域，具体地，涉及一种可调温的热化学储热材料及制备方法。

背景技术

近年来，随着风能、太阳能等可再生能源与智能电网产业的兴起，解决能源的不稳定性、实现能源的长时储存与高效转换是有效利用新能源的关键，研究开发高效、稳定、成本低廉的储能蓄热技术是当下能源发展的重点。

根据热量储存原理的不同，储能系统分为显热、潜热和热化学储热三种类型。显热储能技术的发展最为成熟，是现今主流的太阳能热发电高温蓄热技术；而在中温储能领域，以熔融盐相变储能、熔融盐及无机材料复合相变储能的研究最为广泛。热化学储能系统是利用可逆的化学反应，通过化学键的断裂重组实现能量的存储和释放，相比于前两者，具有更大的储能密度和更广的储能温度范围，且能量损失小，可实现能量的季节性存储而不需要特殊的绝热措施。因此，热化学储能是当前最具潜力的热能储存方式。

当前典型的热化学储能体系根据反应物的不同，可分为金属氢化物体系、金属氧化物体系、有机体系、无机氢氧化物体系、氨分解体系、碳酸盐体系等。其中金属氧化物体系具有操作温度范围大、产品无腐蚀性、不需要气体存储等优点，应用前景十分广阔。在特定平衡温度以上，多价金属的金属氧化物发生还原反应，吸收热能，释放氧气变成低价态的金属氧化物；当温度低于特定平衡温度时，低价态的金属氧化物发生再氧化，吸收氧气变成高价态的金属氧化物，释放储存的热能，反应发生的温度一般为623～1373K。综合金属氧化物体系的循环稳定性、储能密度、材料花费以及反应动力学等因素，目前较具潜力的金属氧化物体系有：Co₃O₄/CoO、MnO₂/Mn₂O₃、CuO/Cu₂O、Fe₂O₃/FeO、Mn₃O₄/MnO等。上述金属氧化物体系的氧化还原储能理论上可以用于太阳能热能存储及利用、蓄热器、余热回收等领域，但由于目前各个体系的反应温度区间相对较为固定，在实际应用中无法满足特定的储热温度需求，不能够与任意的应用场景相匹配，在进行调温的时候更不能实现线性调节。

因此，亟需开发一种调温窗口较宽，且调温更加线性的热化学储热材料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可调温的热化学储热材料，能够进行温度调节，实现线性调温，满足不同温区的实际储热需求。

根据本发明提供的一种热化学储热材料，该热化学储热材料为ABO₃钙钛矿材料，其中，所述ABO₃钙钛矿材料的A位为La、Ca、Ba、Sr和K中的任意两种或两种以上的组合，和/或，ABO₃钙钛矿材料的B位为Mn、Fe和Co中的任意两种或三种的组合。实际的钙钛矿材料通常会具有非化学计量比的氧，由此通过在A位或者B位掺杂不同比例的其他元素可以实现对氧化、还原反应温度的调控，并且在A位或者B位掺杂的元素基本是与原位元素的原子半径相近的其他金属离子，所以掺杂后的储热材料能够维持钙钛矿结构基本不变的同时性能得到相应改善。