【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】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(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)合方式，通過高通量密度泛函理論計(jì)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?cái)嚢?、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)研究成果分別發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和江蘇省碳達(dá)峰與碳中和科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金重大科技示范項(xiàng)目的支持。
 

　　圖1.(a)過渡態(tài)計(jì)算過程示意圖，(b)研究元素在元素周期表中的位置，(c)不同元素修飾下氫氧化鈣脫水反應(yīng)的過渡態(tài)能壘
 

圖2.(a)不同元素修飾對儲能密度的影響，(b)本研究工作與文獻(xiàn)中對比
 

　　圖3.(a)樣品的制備過程，(b)合成樣品的SEM和(c)TEM圖像，(d)Ca80Mg20復(fù)合吸附劑的FESEM和各元素分布的Mapping圖像
 

　　圖4. 中空樣品Ca90Si10的形態(tài)特征：(a-b)SEM圖，(c)TEM圖，(d)HAADF-STEM圖與(e)EDX圖和Ca、Si和O元素線掃描分析