[发明专利]一种Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料及其制备方法

说明书

本发明属于热化学储能领域技术领域，公开了一种Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料及其制备方法，Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料的分子式为：Co_3‑xMg_xO₄；Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料制备方法包括：利用Mg取代活性热化学储热释热组分Co₃O₄晶格中的Co原子，得到具备亚稳态的结构的Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料。本发明的在较长的储放热循环次数下，本发明的Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料仍具有较高的循环稳定性和储能能力。

技术领域

本发明属于热化学储能领域技术领域，尤其涉及一种Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料及其制备方法。

背景技术

目前，在当前世界化石能源危机的背景下，发展清洁、可再生的新能源取代传统的化石能源迫在眉睫。太阳能新能源中的一种在我国储量丰富，被认为是最具有应用前景的新能源之一。同时发展太阳能技术将会在极大程度上助力于我国的双碳目标。然而太阳能具有间歇性和季节性等问题，使得其需求与供应之间存在不匹配的关系，例如：太阳能生产的峰值往往出现在一天的中午，而能量的利用峰值又很可能出现在晚上。

当前现有的太阳能聚光集热电站具有储热系统，它可以在能量利用的峰值时期将过剩的能量进行储存，在能量低估时期将储存的能量进行释放。当前的储热方式主要有显热、潜热和热化学储热三种，其中热化学储热的能量密度约是显热和潜热的10倍和5倍，是一种极其具有前景的储热方式。

在众多的热化学储热体系中，以四氧化三钴为原料的金属氧化物氧化还原体系具有能量密度高、循环稳定性好等优势，储热介质能量密度达844kJ/kg,且目前已报导的循环次数高达500次，且转化率维持在90％以上。在聚光太阳能集热电站中，主要的成本来源于太阳能镜场部分于储热介质部分，分别约占比60.6％和9.0％。并且昂贵的钴基材料限制了它的应用，通过提高能密度减少钴的使用总量能有效的降低成本。除此之外降低其吸热反应的起始温度也将极大程度的减少镜场的总面积，从而减少相应的系统总成本。

目前的大多数文献中报道的大多数储放热材料，只进行了30-50次储放热循环，且均有不同程度的下降，

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)钴基储热介质较贵，增加系统所需总成本；

(2)钴基储热介质的反应温度高，导致对应的太阳能镜场总面积增加，极大程度增加系统的总成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料及其制备方法。

本发明是这样实现的，一种Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料的分子式为：Co_3-xMg_xO₄；其中X为0.01-0.2，优选0.2.

进一步，所述Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料中Mg元素摩尔占比为6.67％，Co元素摩尔占比93.33％。

本发明的另一目的在于提供一种所述Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料的Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料制备方法，所述Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料制备方法包括：

利用Mg取代活性热化学储热释热组分Co₃O₄晶格中的Co原子，得到具备亚稳态的结构的Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料。

进一步，所述Mg修饰的低反应温度、高储热密度钴基热化学储热材料制备方法包括以下步骤：