[发明专利]一种多孔复合钙基颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种太阳能直接驱动热化学储热的多孔复合钙基颗粒及制备方法和应用，属于储能材料技术领域。该多孔复合钙基颗粒由氢氧化钙、多孔模板和过渡金属制成；所述多孔模板选自微晶纤维素、狗尾草须或木炭。本发明中通过掺杂光谱吸收增强物质过渡金属离子及循环稳定性增强骨架，采用挤出‑滚圆‑煅烧法制备的颗粒状多孔复合碳酸钙‑氧化钙颗粒，一方面该钙基储能颗粒可以直接吸收太阳辐射，另一方面该复合钙基储能颗粒具有丰富的孔隙结构，使得颗粒具有优异的循环稳定性。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，具体涉及一种太阳能直接驱动热化学储热的多孔复合钙基颗粒及制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的过度使用加速了全球变暖，引发大量环境问题，此外能源危机也引起越来越多的重视。因此，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生绿色能源受到了广泛关注。由于会受到昼夜、季节等自然条件的限制及晴、阴、云、雨等随机天气因素的影响，太阳能具有间歇性、不稳定性的缺点。因而，有必要采用储能手段将太阳能以各种形式储存起来，以便于获得稳定的能量输出。对于太阳能光热发电等利用形式来说，将太阳辐射产生的热能储存起来是最好的储能形式。基于熔融盐的显热储能技术具有原理简单、技术成熟、材料来源丰富的优势，所以是目前应用最为广泛且唯一取得商业化应用的储热方法，而常用熔融盐最高适用温度仅在550℃附近，否则易出现高温热分解与腐蚀问题，从而造成安全隐患。目前蝶式-斯特林太阳能热发电示范电站热的峰值效率仅为30%。较低的太阳能光热发电效率是造成世界范围内光热发电系统尚未大规模应用的主要原因之一。当前光热发电热力循环进口工质温度约为500 ~ 540℃，提高工质温度至600 ~ 700℃可显著提高热力循环以及整个光热发电系统的效率。这就要求储热系统能够在600 ~ 700℃的高温环境下稳定运行。同时，为实现高效光热发电，储热系统还需具有较低的热损失、较高的储热效率。碳酸钙/氧化钙储热体系是最有前景的高密度低损失储热方法之一，其释热过程的反应温度最高可达800℃左右，并且储能过程的产物可以在室温下长时间保存，因此将具有更高的系统效率和更低的热损失。然而，纯碳酸钙材料光谱吸收能力低、易破碎、循环稳定性差，难以满足高效太阳能直接驱动热化学储热反应系统的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能直接驱动热化学储热的多孔钙基颗粒及其制备方法和应用，相较于纯碳酸钙，该多孔颗粒具有更高的全光谱太阳能吸收性能、优良的循环稳定性和快速的储热反应速率。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种多孔复合钙基颗粒，由氢氧化钙、多孔模板和过渡金属制成；

所述多孔模板选自微晶纤维素、狗尾草须或木炭，过渡金属为过渡金属盐或过渡金属氧化物；

所述过渡金属盐为铝盐、铁盐和锰盐的混合物，过渡金属氧化物为氧化铝、氧化铁和氧化锰的混合物。

进一步地，所述铝盐选自硝酸铝、硫酸铝或盐酸铝，所述铁盐选自硝酸铁、硫酸铁或盐酸铁，所述锰盐选自硝酸锰、硫酸锰或盐酸锰。

上述多孔复合钙基颗粒的制备方法，将Ca(OH)₂、多孔模板和过渡金属混合，制成前驱体，调节前驱体的湿度，然后通过挤出滚圆造粒机将前驱体混合物制成球形颗粒，球形颗粒先在空气气氛下煅烧，再置于CO₂气氛中碳酸化，即可得到多孔复合钙基颗粒。

进一步地，前驱体中Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺、Mn²⁺的摩尔比为100:15:10:5，Ca(OH)₂和多孔模板的质量比为100:40。

进一步地，球形颗粒在空气气氛下煅烧的条件为600 ~ 1000℃煅烧2小时。

进一步地，在CO₂气氛中碳酸化的条件为600 ~ 800℃、1h。

上述多孔复合钙基颗粒在太阳能化学储热中的应用。