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工程熱物理所鈣基熱化學(xué)儲能材料研究取得進(jìn)展
2023年12月14日 11:16:00
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：13653
科研人員采用計算和實(shí)驗(yàn)結(jié)合方式，通過高通量密度泛函理論計算篩選，發(fā)現(xiàn)摻雜稀土金屬元素的鈣基熱化學(xué)儲能材料表現(xiàn)出極低的過渡態(tài)反應(yīng)能壘。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】儲能材料是利用物質(zhì)發(fā)生物理或者化學(xué)變化來儲存能量的功能性材料，它所儲存的能量可以是電能、機(jī)械能、化學(xué)能和熱能，也可以是其他形式的能量。最常見的儲能材料有儲氫合金和用于一次電池(即原電池，放電后不能復(fù)原使用)、二次電池(即蓄電池，放電后可重新充電復(fù)原反復(fù)使用)的材料。
儲能是利用間歇性和波動性能源的重要支撐技術(shù)。鈣基熱化學(xué)儲能具有儲能密度高、熱損失小、材料廉價等優(yōu)勢，在工業(yè)余熱回收、太陽能熱儲存、建筑供暖、谷電調(diào)峰等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。制約鈣基熱化學(xué)儲能體系大規(guī)模應(yīng)用的重要因素是材料高溫反應(yīng)易團(tuán)聚和燒結(jié)，造成循環(huán)穩(wěn)定性不足。目前，高性能材料挖掘普遍為經(jīng)驗(yàn)性試錯式開發(fā)，缺乏內(nèi)在規(guī)律的解讀。
中國科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心在高性能鈣基熱化學(xué)儲能材料開發(fā)方面開展了深入研究。科研人員采用計算和實(shí)驗(yàn)結(jié)合方式，通過高通量密度泛函理論計算篩選，發(fā)現(xiàn)摻雜稀土金屬元素的鈣基熱化學(xué)儲能材料表現(xiàn)出極低的過渡態(tài)反應(yīng)能壘。同時，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了摻雜稀土金屬元素可以將氫氧化鈣的起始反應(yīng)溫度降低50 ℃，提高了材料反應(yīng)動力學(xué)性能。較低的脫水反應(yīng)溫度不僅可以擴(kuò)大材料的適用范圍，而且可以顯著緩解材料的團(tuán)聚和燒結(jié)問題，進(jìn)而提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
此外，該研究基于柯肯達(dá)爾效應(yīng)，采用室溫攪拌、無模板低碳環(huán)保方法制備得到中空結(jié)構(gòu)微納米氧化鈣材料。該材料具有快速二氧化碳吸附速率和較高的循環(huán)穩(wěn)定性，且該材料中的反應(yīng)幾乎不受擴(kuò)散阻力限制。該工作利用生物模板制備得到了具有多級孔結(jié)構(gòu)的鈣基熱化學(xué)儲能材料。該材料具有較好的二氧化碳吸附特性和循環(huán)穩(wěn)定性，20次循環(huán)儲能密度在2000 kJ/kg以上。
相關(guān)研究成果于近日Remarkable low-temperature dehydration kinetics of rare-earth-ion-doped Ca(OH)2 for thermochemical energy storage發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上。
來源： 工程熱物理研究所
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