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浅谈化学蓄热材料的研究与应用进展

时间:2018-12-21 13:22  点击:  作者:飞天小白龙  来源:杏耀平台原创

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储能是解决能源供需时空矛盾的有效手段。在当今的能源危机和环境污染中,这项技术在提高能源效率和保护环境方面的应用变得越来越迫切。在热能储存领域,国内外传统的研究方向是潜热储存,但物质相在过冷时会发生变化。、放热循环后的相分离、材料的稳定性尚未得到有效解决。作为化学能与热能相互转换的核心技术,化学反应蓄热是利用化学变化吸收、释放热量进行热能储存。它是21世纪最重要的储能技术之一。

浅谈化学蓄热材料的研究与应用进展

与传统的潜热蓄热方法相比,化学反应蓄热的储能密度提高了一个数量级,化学反应过程没有物质物理相变的问题。该系统易于通过催化剂或产物分离方法用于长期能量。商店。然而,目前,化学蓄热系统尚未在中国市场化,限制其商业化的关键问题之一是安全系数低。国外商业商业储能反应通常在较高温度条件下进行,并且涉及诸如氢的可燃物质。这显然增加了化学蓄热系统的整体风险指数,技术问题的复杂性导致一次性投资过大。同时,需要进一步提高反应器中化学蓄热材料的传质传热效率,以优化系统的整体效率。因此,寻求安全高效的化学蓄热技术是促进我国化学品储能的商业化的核心问题。其广阔的应用前景对国民经济和环境保护的发展具有重要的科学意义。近年来,学术界对该领域进行了一系列有益的探索。目前,化学蓄热系统的研究工作主要集中在欧洲和日本,而国内对吸附制冷和建筑节能的研究正处于相变阶段。在能源储存领域,这一新兴学科的基础研究工作相对滞后。作为化学能储存的核心技术之一,化学蓄热材料主要可分为金属氢氧化物、金属氢化物、金属碳酸盐、晶体水合物、金属盐氨酸盐等。本文从以下几个方面介绍和讨论了国内外学术界和工业界对化学储能材料的研究。

在高温化学能量储存领域,无机氢氧化物的研究主要集中在Ca(OH)2和Mg(OH)2(储热机理如式(1)所示)。西安建筑科技大学闫秋辉用HSC仿真软件分析了几种金属氢氧化物的热力学参数。发现Ca(OH)2非常适合于大规模太阳能储能装置。德国航空航天中心报告了关于Ca(OH)2再生反应动力学和反应堆结构的最新研究。金属氢氧化物在反应稳定性和储热性能方面是突出的。然而,由Ca(OH)2构成的反应体系仍有许多缺陷。尽管通过优化反应器可以改善原始的水渗透性,但是反应过程中颗粒聚集的问题仍然困扰着该领域的研究人员。与Ca(OH)2相比,Mg(OH)2的反应稳定性差得多。 Ishitobi等人。日本东京工业大学试图通过添加LiCl [17]改善Mg(OH)2基再生反应体系,尽管在储存中。能量密度得到改善,但反复循环后其反应性能显着降低。2金属氢化物的高温化学蓄热

金属氢化物储存的原理是利用金属的吸氢性能,在适当的温度和压力下与氢气反应形成金属氢化物,同时释放出大??量的热能(储热机理如式(2)所示) )。该储氢材料具有储能密度高,、,清洁无污染的优点,经过反复循环后可保持良好的稳定性。氢作为工作介质在化学再生反应中起作用。然而,氢是未来氢燃料经济性的主要能量载体。金属氢化物可以作为未来能源系统中火力发电和储能的枢纽。

CaH2是一种金属氢化物,其储热温度高于1175K,其反应焓达到MgH2的两倍以上。因此,CaH2在聚合太阳能化学品储存方面具有广阔的应用前景。澳大利亚EMC公司使用基于CaH2的高温化学蓄热系统来集中太阳能发电。热电联产系统的斯特林发电机具有100kW的连续输出,并且在反应期间释放的氢气处于常温。以氢化钛铁的形式存储。然而,金属氢化物主要适用于较高温度范围(550K~1200K),反应涉及氢的参与。安全问题对于控制投资成本非常不利,因此必须使掺杂的金属氢氧化物通过。优化的制备进一步调节反应温度和氢气压力。

3高温化学储热金属碳酸盐

对日本名古屋大学蓄热过程中系统工作压力的研究发现,CO2的解吸压力必须低于平衡压力的一半才能获得可用的反应速率,从而提出了最佳设计方案。反应堆。更高的要求。与金属氢氧化物相比,CaCO3 / CO2具有更高的分解温度和更高的储存密度,解吸的CO2必须以适当的方式储存,例如机械压缩,这不可避免地导致额外的能量损失[33]。在室温下,CO2所需的液化压力约为60巴,因此在此压力下储存CO2可显着减少中间气体储存的体积。

4结晶水合物的低温化学蓄热

与其他化学蓄热材料相比,结晶水合物的独特优势包括:简单的水合和水解可逆反应完全储热(储热机理如式(4)所示),反应过程条件温和。它具有很大的安全性;它在低温蓄热方面具有广阔的应用前景,反应温度通常低于423K,大大扩展了化学储能技术的应用范围;结晶水合物易于通过多孔填充或加载。该材料形成复合物以优化其传热性能。

六,结论

储热技术将成为未来能源系统中热电生产的重要组成部分。化学蓄热在储能密度和工作温度范围方面的优势是其他蓄热方法无法比拟的。然而,小型化学储能装置目前处于主导地位,化学蓄热技术在许多领域的应用仍处于研究和试验阶段。在化学储存材料制备的核心技术中,多孔载体复合材料和金属掺杂材料的优化是未来发展的主要方向。在改进材料合成的基础上,对整个系统中迫切需要解决的机理和工程问题的研究,将有助于促进化学能源储存的大规模应用,为这种环保新能源的发展提供持久的动力。技术。


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