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工程熱物理所鈣基熱化學儲能材料研究取得進展
2023年12月14日 11:16:00
來源：化工儀器網 作者：楊 點擊量：13679
科研人員采用計算和實驗結合方式，通過高通量密度泛函理論計算篩選，發現摻雜稀土金屬元素的鈣基熱化學儲能材料表現出極低的過渡態反應能壘。
【化工儀器網 項目成果】儲能材料是利用物質發生物理或者化學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、機械能、化學能和熱能，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，放電后不能復原使用)、二次電池(即蓄電池，放電后可重新充電復原反復使用)的材料。
儲能是利用間歇性和波動性能源的重要支撐技術。鈣基熱化學儲能具有儲能密度高、熱損失小、材料廉價等優勢，在工業余熱回收、太陽能熱儲存、建筑供暖、谷電調峰等領域具有廣闊的應用前景。制約鈣基熱化學儲能體系大規模應用的重要因素是材料高溫反應易團聚和燒結，造成循環穩定性不足。目前，高性能材料挖掘普遍為經驗性試錯式開發，缺乏內在規律的解讀。
中國科學院工程熱物理研究所傳熱傳質研究中心在高性能鈣基熱化學儲能材料開發方面開展了深入研究。科研人員采用計算和實驗結合方式，通過高通量密度泛函理論計算篩選，發現摻雜稀土金屬元素的鈣基熱化學儲能材料表現出極低的過渡態反應能壘。同時，實驗結果驗證了摻雜稀土金屬元素可以將氫氧化鈣的起始反應溫度降低50 ℃，提高了材料反應動力學性能。較低的脫水反應溫度不僅可以擴大材料的適用范圍，而且可以顯著緩解材料的團聚和燒結問題，進而提高材料的循環穩定性。
此外，該研究基于柯肯達爾效應，采用室溫攪拌、無模板低碳環保方法制備得到中空結構微納米氧化鈣材料。該材料具有快速二氧化碳吸附速率和較高的循環穩定性，且該材料中的反應幾乎不受擴散阻力限制。該工作利用生物模板制備得到了具有多級孔結構的鈣基熱化學儲能材料。該材料具有較好的二氧化碳吸附特性和循環穩定性，20次循環儲能密度在2000 kJ/kg以上。
相關研究成果于近日Remarkable low-temperature dehydration kinetics of rare-earth-ion-doped Ca(OH)2 for thermochemical energy storage發表在《化學工程雜志》(Chemical Engineering Journal)上。
來源： 工程熱物理研究所
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