CN104059617A - 一种新型的低温复合化学蓄热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型的低温复合化学蓄热材料及其制备方法。所述低温复合化学蓄热材料以高储能密度的氢氧化物水合物为复合化学蓄热材料基体，另加入有吸湿材料组成复合化学蓄热材料，其中吸湿材料的质量百分含量为5～40％。制备方法步骤如下：将金属氢氧化物水合物与吸湿材料加热后冷却，经机械研磨法或普通溶解法或超声溶解法处理，其中吸湿材料质量百分含量为10～40％，干燥后按照63～125μm的颗粒直径进行筛分，即制成低温复合化学蓄热材料。本发明复合化学蓄热材料解决了单一活性组分水合反应速率过慢的问题，吸湿材料的复合使得氢氧化物水合速率大幅提升，30分钟水合反应后能量储存密度明显增大，循环蓄放热效率显著提高。蓄热与放热反应稳定，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及无机材料及节能技术领域，尤其涉及一种新型低温复合化学蓄热材料及其制备方法。
技术背景
蓄热技术是提高能源利用率和保护环境的重要技术,可用于解决热能供求失衡的矛盾，在电力的“移峰填谷”、太阳能利用、余废热回收、建筑采暖与节能空调领域具有广泛的应用前景。目前热能贮存已成为世界范围内的研究热点。
蓄热技术主要可以分为显热储存技术、潜热储存技术以及化学反应储存技术。化学反应储存技术是利用可逆的反应通过热能与化学热转换蓄能，在受热受冷时发生可逆反应，分别对外吸热和放热。与显热、潜热蓄热方式相比较而言，化学反应蓄热在能量储存密度上有着数量级的提高，其化学反应过程不存在材料物理相变的问题，储能体系通过催化剂或产物分离的方法极易用于长期能量储存。
化学蓄热材料是化学储能技术的核心，主要分为结晶水合物、金属氢氧化物、金属氢化物、金属盐氨合物等。相对于其它化学蓄热材料而言，结晶水合物所具备的独特优势包括：反应过程安全系数高，简单的水合与水解可逆反应即可完成蓄热，在低温蓄热方面的应用前景广阔，反应温度通常低于150℃。
然而结晶水合物低温化学蓄热仍然无法满足工程应用的需要，蓄热活性组分单体水合速率过慢，以LiOH单体为例，其在相对湿度60％的条件下120min转化率仅仅为21％，此时的储能密度较30min水解反应前大为降低，从而导致循环蓄放热效率非常低下。专利CN1224747中把几种固态无机盐与水混合，能够在低温下作为蓄热材料工作，该材料工作时包含了相变蓄热、显热蓄热和化学蓄热过程，但是材料总体的储能密度低。
发明内容
针对现有技术中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种新型低温复合化学蓄热材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采取了以下的技术方案：
所述低温复合化学蓄热材料特征在于，以高储能密度(储能密度高达1440kJ/kg)的氢氧化物水合物为复合化学蓄热材料基体，另加入有吸湿材料组成复合化学蓄热材料，其中吸湿材料的质量百分含量为5～40％，其余为氢氧化物水合物。
所述氢氧化物水合物优选为LiOH·H2O。
所述吸湿材料选自NaOH、KOH、LiCl、NH4Cl等化合物。
所述氢氧化物与吸湿材料的复合方法为机械混合法，普通溶解法和超声溶解法。
上述结晶水合物低温复合化学蓄热材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氢氧化物水合物与吸湿材料热处理去除水份得到氢氧化物水合物的脱水物A和吸湿材料的脱水物B；
所述热处理可以选择150℃下加热2h等方式，但是只要达到脱除水份的目的均可。
(2)将上述步骤中脱水物A和B研磨混合，其中B的质量百分含量为5～40％，其余都为A；
(3)将步骤(2)所述混合物以机械研磨法、普通溶解法和超声溶解法复合，干燥后进行筛分至20～200μm即得到低温复合化学蓄热材料。
其中，步骤(3)详细步骤如下：
步骤(3)中所述机械混合法为：直接将混合物研磨后筛分至20～200μm，即制得低温复合化学蓄热材料；
或，步骤(3)中所述普通溶解法为：将混合物搅拌溶解于离子交换水后，在150℃温度下干燥，筛分至20～200μm，即制得低温复合化学蓄热材料；
或，步骤(3)中所述超声溶解法为：将混合物超声溶解于离子交换水后，在150℃温度下干燥，筛分至20～200μm，即制得低温复合化学蓄热材料。
所述步骤(1)中氢氧化物水合物优选为LiOH·H2O。
所述步骤(1)中吸湿材料选自NaOH、KOH、LiCl、NH4Cl等化合物，优选为LiCl或NH4Cl。
所述步骤(2)中吸湿材料脱水物B占混合物的质量百分含量优选为10～40％，其余为A。
所述步骤(3)中复合化学蓄热材料筛分粒径优选为63～125μm。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.以氢氧化物水合物为低温化学蓄热材料基体，反应过程安全系数高，简单的水合与水解可逆反应即可完成蓄热。
2.解决了单一活性组分水合反应速率过慢的问题，吸湿材料的复合使得氢氧化物水合速率大幅提升，30分钟水合反应后能量储存密度明显增大，循环蓄放热效率显著提高。
3.结晶水合物复合化学蓄热材料蓄热与放热反应稳定，使用寿命长。
说明书附图
图1为实施例1中LiOH·H2O与LiCl复合而成的蓄热材料水合/水解循环反应的稳定性测试结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
将27gLiOH·H2O与3gLiCl于150℃下加热2h，得到脱水物后充分研磨混合，然后溶于50ml离子交换水中磁力搅拌30min，得到的溶液在150℃下干燥过夜后将残留粉末筛分至63μm。将筛分后的颗粒置于总流量120mL/min、相对湿度60％的氮气和水蒸气混合气氛中，30℃下保持30min后，测量所得的储能密度为1095kJ/kg。图1为实施例1中所述LiOH·H2O与LiCl复合而成的蓄热材料的水合/水解循环反应稳定性测试结果，从图中可以看出，该复合蓄热材料经过9次水合/水解循环后反应速率以及储能密度几乎不变。
实施例2
将18gLiOH·H2O与12gNH4Cl于150℃下加热2h，得到脱水物后混合，充分研磨粉末筛分至125μm。将筛分后的颗粒置于总流量120mL/min、相对湿度60％的氮气和水蒸气混合气氛中，30℃温度下保持30min后，测量得复合蓄热材料的储能密度为974kJ/kg。
实施例3
将28.5gLiOH·H2O与1.5gNaOH于150℃下加热2h，得到脱水物后混合，充分研磨粉末筛分至80μm。将筛分后的颗粒置于总流量120mL/min、相对湿度60％的氮气和水蒸气混合气氛中，30℃温度下保持30min后，测量得复合蓄热材料的储能密度为897kJ/kg。
实施例4
将23gLiOH·H2O与7gLiCl于150℃下加热2h，得到脱水物后充分研磨混合，然后溶于50ml离子交换水中，在超声振荡的条件下作用60min，得到的溶液在150℃下干燥过夜后将残留粉末筛分至90μm。将筛分后的颗粒置于总流量120mL/min、相对湿度60％的氮气和水蒸气混合气氛中，30℃下保持30min后，测量得复合蓄热材料的储能密度为1011kJ/kg。
实施例5
将21gLiOH·H2O与9gKOH于150℃下加热2h，得到脱水物后充分研磨混合，然后溶于50ml离子交换水中，在超声振荡的条件下作用120min，得到的溶液在150℃下干燥过夜后将残留粉末筛分至75μm。将筛分后的颗粒置于总流量120mL/min、相对湿度60％的氮气和水蒸气混合气氛中，30℃下保持30min后，测量得复合蓄热材料的储能密度为901kJ/kg。
Claims (9)
1.一种低温复合化学蓄热材料，其特征在于，以高储能密度的氢氧化物水合物为复合化学蓄热材料基体，另加入有吸湿材料组成复合化学蓄热材料，其中吸湿材料的质量百分含量为5～40％，其余为氢氧化物水合物。
2.如权利要求1所述的低温复合化学蓄热材料，其特征在于其中吸湿材料的质量百分含量为10～40％，其余为氢氧化物水合物。
3.如权利要求1或2所述的低温复合化学蓄热材料，其特征在于所述所述氢氧化物水合物为LiOH·H2O。
4.如权利要求1或2所述的低温复合化学蓄热材料，其特征在于所述吸湿材料选自NaOH或KOH、LiCl、NH4Cl。
5.如权利要求1所述的低温复合化学蓄热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将氢氧化物水合物与吸湿材料热处理去除水份得到氢氧化物水合物的脱水物A和吸湿材料的脱水物B；
(2)将上述步骤中脱水物A和B研磨混合，其中B的质量百分含量为5～40％，其余为A；
(3)将步骤(2)所得混合物以机械研磨法、普通溶解法或超声溶解法复合，干燥后进行筛分即得到低温复合化学蓄热材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述机械混合法为：直接将混合物研磨后筛分至20～200μm，即制得低温复合化学蓄热材料。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述普通溶解法为：将混合物搅拌溶解于离子交换水后，在150℃温度下干燥，筛分至20～200μm，即制得低温复合化学蓄热材料。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述超声溶解法为：将混合物超声溶解于离子交换水后，在150℃温度下干燥，筛分至20～200μm，即制得低温复合化学蓄热材料。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述氢氧化物水合物为LiOH·H2O，所述吸湿材料选自NaOH或KOH、LiCl、NH4Cl。
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