钙基复合储热材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钙基复合储热材料及其制备方法，钙基复合储热材料包括钙基材料和铝尖晶石型材料，所述钙基材料为氧化钙或碳酸钙。制备方法包括固相掺杂法，铝尖晶石型材料采用溶胶凝胶法制备，然后将铝尖晶石型材料与碳酸钙粉末混合并热处理、碳酸化制得钙基复合储热材料；或者通过溶胶凝胶法一步合成钙基复合储热材料。本发明专利技术复合储热材料利用了铝尖晶石型材料的稳定性，可有效改善钙基储热材料烧结失能的问题。本发明专利技术的制备方法简单、成本低廉、操作简便，并且在实现高储能密度的同时，提高了储热材料的稳定稳定性。储热材料的稳定稳定性。储热材料的稳定稳定性。

【技术实现步骤摘要】
钙基复合储热材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及储热材料
，具体为一种钙基复合储材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]构建新能源为主体的新型电力系统成为全球共识，储能将作为核心环节参与其中。由于新能源发电具有波动性和随机性，无法通过调节自身出力适应用户侧需求变化，传统的“源随荷动”模式将不再适用于新型电力系统，必须通过储能等措施，依靠源网荷储协调互动，实现电力供需动态平衡。储热是储能系统的重要组成部分。
[0003]储热主要包括显热储热、潜热储热以及热化学储热三种形式。显热储热指在不发生化学性质变化的情况下依靠储热物质的热物理性能来进行热量的存储和释放，在该过程中只有材料自身温度发生变化。显热储热技术成熟、操作简单，仍是目前应用最广泛的储热方式之一，但其储热密度相对较低。相变储热利用材料发生相变(如固
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固、固
‑
液、固
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气等)过程中的吸/放热行为来储存/释放热能，具有能量密度高、相变过程温度近似恒定的优点，但热导率低，并且单一相变材料通常性能不足，需要复杂的封装工艺。热化学储热是利用可逆的热化学反应来实现热能的存储及释放。热化学储热材料的储能密度通常为0.5～3GJ/m3，是显热材料的8～10倍左右，是潜热材料的2倍以上，并且长期储存热损失小，因此被认为是未来最有前景的储热方式之一。
[0004]钙基储热材料具有较高的比容量、较低的比质量和较低的制备成本，已被广泛应用于储能领域。然而，传统的钙基储热材料存在性能不稳定、循环寿命短等问题，严重制约其发展应用。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提供了一种钙基复合储热材料及其制备方法，通过在钙基材料中加入铝尖晶石型材料，提高了钙基材料高温循环过程中抗烧结的能力，实现钙基材料循环性能的提升。
[0006]本专利技术提供一种钙基复合储热材料，包括钙基材料和铝尖晶石型材料，钙基材料为氧化钙或碳酸钙。
[0007]铝尖晶石材料具有优良的热稳定性及惰性，且铝具有促进反应和形成骨架的作用。钙基材料在进行储热循环时，其碳酸化程度会随着烧结情况的加深而减弱，而在掺杂了铝尖晶石型材料之后，铝尖晶石型材料在钙基材料的表面形成均匀分散的结构，阻止了氧化钙之间的互相团聚，能够改善钙基储热材料在高温反应条件下烧结的问题，实现钙基材料循环性能的提升。并且铝尖晶石型材料不与材料本身发生反应，能够避免减少钙基复合储热材料的主体反应物质(如，碳酸钙)含量以及损害碳酸钙的反应活性，保证钙基复合储热材料有较高的储热/放热密度。
[0008]本专利技术的可选技术方案中，钙基复合储热材料为碳酸钙粉末及附着于碳酸钙粉末表面的铝尖晶石粉末。
[0009]根据该技术方案，钙基复合储热材料为粉末状，通过将粉末状的钙基复合储热材料压制形成储热单元时，有利于提高储热单元的密度，提高储/放热性能。
[0010]本专利技术的可选技术方案中，铝尖晶石粉末均匀分散包覆于碳酸钙粉末的表面。
[0011]根据该技术方案，铝尖晶石型材料在钙基材料的表面形成均匀分散的结构，阻止了氧化钙之间的互相团聚，能够改善钙基储热材料在高温反应条件下烧结的问题，实现钙基材料循环性能的提升。
[0012]本专利技术的可选技术方案中，铝尖晶石型材料的分子式为M
x
Al(
2x
)O4，其中M为Mg、Ni、Fe、Mn中的一种或多种组合。
[0013]根据该技术方案，铝尖晶石型材料中掺杂其它金属元素，能够使得铝尖晶石型材料与碳酸钙易于结合形成骨架结构，该骨架结构既能够阻止氧化钙之间的相互团聚，又可以保证钙基材料与空气之间的接触面积，保证储/放热效果。
[0014]本专利技术的可选技术方案中，钙基复合储热材料中各组分的摩尔比为Ca：M：Al＝100：x：2x。
[0015]根据该技术方案，通过控制钙基复合储热材料中的各组分的摩尔比在合理范围内，能够控制钙基材料与尖晶石材料的质量比例，有利于铝尖晶石型材料能够分散包覆在钙基材料的表面，保证钙基材料与空气的接触面积。
[0016]本专利技术的可选技术方案中，x的取值范围为4
‑
10。
[0017]根据该技术方案，通过控制复合材料中M和Al的摩尔分数在规定范围内，能够对钙基材料进行有效地阻隔，避免钙基材料在高温的反应条件下发生团聚烧结现象，但铝尖晶石型材料的质量分数越高，钙基材料的质量分数相对下降，而钙基复合储热材料的主体反应物质即为碳酸钙，碳酸钙的含量较低，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，过多的尖晶石型载体附着在碳酸钙表面，容易造成碳酸钙与空气的接触反应面积不足，所以当铝尖晶石型材料中x为4
‑
10时，能够兼顾钙基复合储热材料的储热/放热性能和循环性能。
[0018]本专利技术另提供一种上述的钙基复合储热材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]S1，将一定比例的固体钙基材料和固体铝尖晶石型材料进行预处理得到混合均匀的钙基材料与铝尖晶石型材料的混合粉末；
[0020]S2，将步骤S1中形成的混合粉末进行高温煅烧及碳酸化，最后冷却得到钙基复合储热材料。
[0021]本专利技术采用固相掺杂法合成钙基复合储热材料过程中的成本较低，且耗时较短，制备出的样品均匀且尺寸较小，制备过程相对简单。
[0022]本专利技术的可选技术方案中，固体铝尖晶石型材料采用溶胶凝胶法制得。
[0023]根据该技术方案，相比较天然的铝尖晶石型矿石，采用溶胶凝胶法制备固体铝尖晶石型材料有利于保证铝尖晶石型材料中各元素的占比，减少杂质，保证铝尖晶石型材料在钙基复合储热材料中的热稳定性以及惰性。
[0024]本专利技术的可选技术方案中，预处理包括对钙基材料与铝尖晶石型材料混合，然后进行粉碎、筛选及球磨。
[0025]根据该技术方案，通过对钙基材料和铝尖晶石型材料进行预处理，有利于增加粉末的均匀性。
[0026]本专利技术另提供一种上述的钙基复合储热材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]V1，将一定比例的钙基材料的硝酸盐及铝尖晶石型材料对应的硝酸盐和柠檬酸搅拌溶解至去离子水中形成混合溶液；
[0028]V2，向步骤V1中获得的混合溶液中加入一定比例的乙二醇并搅拌均匀得到凝胶溶液；
[0029]V3，将步骤V2中获得的凝胶溶液进行干燥煅烧、碳酸化及冷却后得到钙基复合储热材料。
[0030]本专利技术采用溶胶凝胶法制备钙基复合储热材料时，所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低粘度的混合溶液，因此，制备钙基复合储热材料所用的原料可以在较短的时间内获得分子水平上的均匀性，在形成凝胶时，原料之间能够在分子水平上被均匀地混合，制备获得的钙基复合储热材料均匀性好，纯度高，粉末细。
附图说明
[0031]图1为本专利技术第一实施方式中钙基复合储热材料的制备方法流程示意图。
[0032]图2为本专利技术第二实施方式中钙基复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙基复合储热材料，其特征在于，包括钙基材料和铝尖晶石型材料，所述钙基材料为氧化钙或碳酸钙。2.根据权利要求1所述的钙基复合储热材料，其特征在于，所述钙基复合储热材料为碳酸钙粉末及附着于所述碳酸钙粉末表面的铝尖晶石粉末。3.根据权利要求2所述的钙基复合储热材料，其特征在于，所述铝尖晶石粉末均匀分散包覆于所述碳酸钙粉末的表面。4.根据权利要求2所述的钙基复合储热材料，其特征在于，所述铝尖晶石型材料的分子式为M
x
Al(
2x
)O4，其中M为Mg、Ni、Fe、Mn中的一种或多种组合。5.根据权利要求4所述的钙基复合储热材料，其特征在于，所述钙基复合储热材料中各组分的摩尔比为Ca：M：Al＝100：x：2x。6.根据权利要求5所述的钙基复合储热材料，其特征在于，x的取值范围为4
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10。7.一种如权利要求1至6中任一项所述的钙基复合储热材料的制备方法，其特...

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