复合金属氧化物储热材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种利用氧化镁改性铜铝复合金属氧化物储热材料及其制备方法，在氧化铜掺杂氧化铝的储热材料体系上进一步地掺杂氧化镁，进一步改善氧化铜掺杂氧化铝储热材料的烧结问题，提升其循环性能。该复合金属氧化物储热材料为氧化铜与氧化铝和氧化镁在高温下复合形成的储热材料，氧化铝和氧化镁在高温下生成铝酸镁，铝酸镁包裹于氧化铜颗粒的表面。该复合金属氧化物储热材料的制备方法包括如下步骤：步骤S1：按比例称量氧化铜、氧化铝和氧化镁，将原料打磨混合；步骤S2：将混合后的氧化铜粉末氧化铝和氧化镁经高温煅烧后冷却得到煅烧产物，将煅烧产物研磨成粉末得到复合金属氧化物储热材料。氧化物储热材料。氧化物储热材料。

【技术实现步骤摘要】
复合金属氧化物储热材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及储热材料
，具体涉及一种复合金属氧化物储热材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]储能技术是支撑电力灵活消纳的关键技术之一。其中，大规模高温储热发电的成本低，安全性好，是保障电力系统安全稳定运行和提高电力系统整体利用效率及电力灵活消纳安全性的有效手段。
[0003]对于储热技术，目前主要分为显热、相变潜热和热化学反应储热三种形式。显热储热主要是利用介质温度的升降来实现热量的储存与释放，过程相对简单，但储能密度小且放热时不恒温。相变储热是利用介质相变过程的潜热来实现热量的储存与释放，储能密度较大，但相变材料通常需要封装且导热系数较小、易老化。热化学反应储热是利用可逆的化学反应进行热量的储存与释放，储能密度可比显热高一个数量级，适用的温度范围较宽，储/放热的温度比较稳定且集中，可以实现季节性长时间存储和较长距离运输，并且可实现热能品位的提升，极具研发和应用前景。
[0004]热化学反应储热体系中，基于金属氧化物(如钴/锰/铜/铁等)的高温热化学储热技术是通过不同价态金属氧化物之间的氧化还原反应来实现储能的，储热温度高(>800℃)，储热密度大(>500kJ/kg)、资源量大(铜基、锰基等)。其中，铜基储热材料的反应速率较快、储热密度较高，但存在高温下烧结导致反应性能下降的问题。
[0005]对于这个问题，现有技术中提出了在氧化铜中掺杂了氧化铝以提高氧化铜的循环性能的技术方案。但是，该氧化铜掺杂氧化铝的体系在120次循环后的再氧化程度降到了80％左右，循环寿命尽管有所增加但仍不理想。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种利用氧化镁改性铜铝复合金属氧化物储热材料及其制备方法，在氧化铜掺杂氧化铝的储热材料体系上进一步地掺杂氧化镁，进一步改善氧化铜掺杂氧化铝储热材料的烧结问题，提升其循环性能。
[0007]本专利技术一方面提供了一种复合金属氧化物储热材料，该复合金属氧化物储热材料为氧化铜、氧化铝和氧化镁在高温下复合形成的储热材料，氧化铝和氧化镁在高温下生成铝酸镁，铝酸镁包裹于氧化铜颗粒的表面。
[0008]根据该技术方案，首先，在铜铝复合的储热材料掺杂氧化镁之后，由于在高温下氧化镁与氧化铝的反应优先级高于氧化铝与氧化铜或者氧化镁和氧化铜的反应，所以氧化镁能够与氧化铝优先生成晶型更加稳定、结构更加牢固的铝酸镁晶体，而铝酸镁具有比氧化铝更高的使用温度，化学性质更稳定，所以即使在高温反应条件下，氧化铝和氧化镁反应生成的铝酸镁也不会在高温下发生物相变化，更不会像氧化铝一样与氧化铜发生化学反应，从而能够在避免主体反应物质(氧化铜)含量减少的同时，在多次的储/放热循环中仍旧稳
定存在。
[0009]其次，经申请人的实验研究发现，铝酸镁与氧化铜颗粒之间有较强的相互作用，铝酸镁能够紧紧地包裹于氧化铜颗粒的表面，在多次的储热/放热循环反应过程中不易脱落。
[0010]最后，由于铝酸镁能够附着于氧化铜颗粒表面，从而能够在多个氧化铜颗粒之间起到有效的阻隔作用，阻止氧化铜颗粒之间的接触，避免氧化铜颗粒在高温的反应条件中的团聚烧结，并且，在多次的储热/放热反应的循环中，铝酸镁也能够稳定地包裹于氧化铜颗粒的表面，从而本专利技术提供的储热材料具有优良的循环储热/放热性能，能够在多次循环之后保持较高的储热/放热密度。
[0011]作为本专利技术优选的技术方案，氧化铜的质量分数为1
‑
x，铝酸镁的质量分数为x，x的取值范围为5％
‑
20％。
[0012]根据该技术方案，由于在高温的反应条件下氧化铜颗粒会发生团聚烧结现象，而过少的铝酸镁无法对氧化铜颗粒进行有效的阻隔，从而导致部分氧化铜颗粒仍旧会发生团聚烧结的现象，而5％以上的铝酸镁可以对大部分的氧化铜颗粒进行有效的阻隔，其中，铝酸镁的质量分数占比越高、分布越均匀对氧化铜颗粒之间团聚的阻隔效果越好，当铝酸镁的质量比达到5％以上时，能够使得储热材料的再氧化程度达到99％，但铝酸镁的质量分数越高，氧化铜颗粒的质量分数越低，而该储热材料的主体反应物质即为氧化铜颗粒，氧化铜颗粒的含量较低，则同等质量条件下的材料的储热/放热的反应的能量密度降低，并且，过多的铝酸镁附着在氧化铜颗粒表面，容易造成氧化铜颗粒与空气的接触反应面积不足，所以当铝酸镁的质量占比为5％
‑
20％时，能够兼顾储热材料的储热/放热密度和循环性能。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，x的取值为10％。
[0014]根据该技术方案，经申请人实验发现，当储热材料中的氧化铜与铝酸镁的比例为9:1时，复合金属氧化物储热材料在500次循环后质量变化率变化不大，再氧化程度仍能达到96％以上，具有更好的循环储热性能。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，氧化铝和氧化镁的摩尔比为1：1。
[0016]根据该技术方案，过少的氧化镁会使得剩余的氧化铝依旧与氧化铜结合生成铜铝尖晶石，影响循环性能，降低储热密度，而过多的氧化镁会导致剩余的氧化镁与氧化铜反应生成铜酸镁，不利于氧化铜的反应，当氧化铝和氧化镁的摩尔比为1：1时，氧化铝和氧化镁刚好能够完全反应，生成性质更加稳定的铝酸镁。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，铝酸镁为固体颗粒。
[0018]根据该技术方案，当颗粒状的铝酸镁附着在氧化铜颗粒表面时，与氧化铜颗粒的表面点接触，保证了对氧化铜颗粒之间产生阻隔效果的同时，氧化铜颗粒与空气有较大的反应接触面积，从而在多次的储热/放热反应的循环中，本专利技术提供的储热材料具有较大的反应面积，进一步改善了储热材料在储热/放热反应的循环中的再氧化程度和反应速率。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，铝酸镁颗粒的粒径小于氧化铜颗粒的粒径，多个铝酸镁颗粒均匀地包裹于氧化铜颗粒的表面。
[0020]根据该技术方案，粒径较小的铝酸镁均匀地附着于粒径较大的氧化铜颗粒的表面，从而可以在不影响氧化铜颗粒与空气的反应面积的情况下，由氧化铜颗粒表面均匀分布的铝酸镁颗粒对氧化铜颗粒之间的团聚进行阻隔，最大程度地提高同等质量占比的铝酸镁对氧化铜颗粒之间团聚现象的阻隔效果。
[0021]本专利技术另一方面还提供了一种上述任一技术方案中的复合金属氧化物储热材料的制备方法，包括如下步骤：
[0022]步骤S1：按比例称量氧化铜、氧化铝和氧化镁，将原料打磨混合；
[0023]步骤S2：将混合后的氧化铜粉末氧化铝和氧化镁经高温煅烧后冷却得到煅烧产物，将煅烧产物研磨成粉末得到复合金属氧化物储热材料。
[0024]根据该技术方案，将混合均匀的铝酸镁和氧化铜颗粒在高温下复合，在高温条件下，固体界面间经过接触，反应，成核，晶体生长反应，最终获得复合物质，此种制备方式成本低、产量大、设备及制备工艺简单、生产效率高。
[0025]另外，均匀混合的粉末状氧化铜和铝酸镁在步骤S2中的高温煅烧中，铝酸镁粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合金属氧化物储热材料，其特征在于，所述复合金属氧化物储热材料为氧化铜、氧化铝和氧化镁在高温下复合形成的储热材料，所述氧化铝和所述氧化镁在高温下生成铝酸镁，所述铝酸镁包裹于所述氧化铜颗粒的表面。2.如权利要求1所述的复合金属氧化物储热材料，其特征在于，所述氧化铜的质量分数为1
‑
x，所述铝酸镁的质量分数为x，x的取值范围为5％
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20％。3.如权利要求2所述的复合金属氧化物储热材料，其特征在于，x的取值为10％。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的复合金属氧化物储热材料，其特征在于，所述氧化铝和氧化镁的摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，秦望，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：