中國粉體網(wǎng)訊 近期，陜西金羽衛(wèi)裝備科技有限公司鈣基新材料產(chǎn)業(yè)化項目一期在西咸新區(qū)秦漢新城全面投用，西安交通大學(xué)方嘉賓團(tuán)隊科技研發(fā)成果將在這里進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

據(jù)了解，此次鈣基新材料產(chǎn)業(yè)化項目即是推動西安交通大學(xué)方嘉賓團(tuán)隊“一種基于可逆化學(xué)反應(yīng)的高通量太陽能熱化學(xué)儲能系統(tǒng)與方法”等專利技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。“在新材料、熱化學(xué)儲能研究、高精尖產(chǎn)品和裝備技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，方嘉賓教授團(tuán)隊目前在全國處于領(lǐng)先地位。陜西金羽衛(wèi)就是推動方教授團(tuán)隊的科研成果落地轉(zhuǎn)化�！瘪T備戰(zhàn)表示。

相較于傳統(tǒng)儲能方式，基于鈣基熱化學(xué)新材料技術(shù)的鈣基熱化學(xué)儲能系統(tǒng)，具有高安全性、大規(guī)模和可移動、制造成本低等明顯優(yōu)勢。“太陽能熱化學(xué)儲能技術(shù)，核心在儲能方式。”馮備戰(zhàn)介紹，“因為是熱化學(xué)技術(shù)，發(fā)電的過程，就像‘生石灰’變成‘熟石灰’會產(chǎn)生熱量，我們將太陽光釋放的熱量儲存起來，需要用電時再將儲存的熱量轉(zhuǎn)化成電能。由于所用材料成本低廉，加上創(chuàng)新的存儲方式，整體發(fā)電成本就降低了�！�

CaO、CaCO₃儲能與CSP發(fā)電的集成系統(tǒng)

“2024年6月，陜西金羽衛(wèi)落戶秦漢新城后，積極推進(jìn)項目落地實施，目前開發(fā)實驗室、產(chǎn)品展廳及辦公區(qū)已全面投入使用�！标兾鹘鹩鹦l(wèi)總經(jīng)理馮備戰(zhàn)介紹，項目一期總面積1480平方米，總投資2000萬元，主要建設(shè)技術(shù)研發(fā)中心和辦公區(qū)，并聯(lián)合西安交通大學(xué)設(shè)立熱化學(xué)儲能開發(fā)實驗室，進(jìn)行以鈣基熱化學(xué)新材料為基礎(chǔ)的光、熱、儲、電一體化相關(guān)設(shè)備的研發(fā)。目前，陜西金羽衛(wèi)正在推進(jìn)投資1億元的二期產(chǎn)線項目，預(yù)計3年內(nèi)可實現(xiàn)年產(chǎn)值9000萬元。

鈣基材料熱化學(xué)儲能體系研究進(jìn)展

氧化鈣熱化學(xué)儲能體系

以氧化鈣為基礎(chǔ)的儲能體系Ca(OH)₂/CaO/H₂O和CaCO₃/CaO/CO₂體系用于熱化學(xué)儲能領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢，如儲能密度高、材料分布廣泛、環(huán)境污染小、價格低廉等，因此鈣基熱化學(xué)儲能系統(tǒng)被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的系統(tǒng)之一。

不過，其中Ca(OH)₂存在反應(yīng)顆粒易燒結(jié)、機(jī)械性能差等缺點，且較低的儲熱溫度也限制了其在下一代光熱發(fā)電儲熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。

碳酸鈣熱化學(xué)儲能體系

相比之下，CaCO₃的儲熱溫度與光熱發(fā)電匹配性更好，且儲熱密度均高于Ca(OH)₂。

通過在反應(yīng)器中進(jìn)行CaCO₃的分解反應(yīng)這一吸熱過程把熱量儲存于CaO，分解熱量的來源于太陽能輻射能量。生成的CaO和CO₂分別在儲存容器中儲存，而后在碳酸化器中通過CaO的碳酸化反應(yīng)釋放熱量，產(chǎn)生的CaCO₃進(jìn)入儲存容器，完成太陽能的轉(zhuǎn)化和儲存。

例如，西安交通大學(xué)研究了一種開放式超臨界二氧化碳儲能系統(tǒng)及運(yùn)行方法，包括火電廠單元、超臨界二氧化碳儲能單元、碳酸鈣儲熱單元和微藻單元。其中，碳酸鈣儲熱單元能夠?qū)�壓縮過程中的壓縮熱及太陽光熱儲存起來，并用于超臨界二氧化碳膨脹前補(bǔ)熱，屬于碳酸鈣體系料儲能應(yīng)用場景之一。

鈣材料+稀土摻雜熱化學(xué)儲能體系

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�？蒲腥藛T采用計算和實驗結(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，實驗結(jié)果驗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2000kJ/kg以上。 

儲能反應(yīng)器設(shè)計

然而，目前現(xiàn)有的熱化學(xué)儲能反應(yīng)器的設(shè)計尚存在載能顆粒流動效果較差、顆粒流量及顆粒與太陽能流接觸時間不易控制、顆粒完全分解時間與顆粒停留時間不匹配，石英玻璃表面沾灰透過率較低、粘附性較強(qiáng)易引起反應(yīng)器“炸屏”等問題，會嚴(yán)重影響太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率。

西安交通大學(xué)一種基于鈣基循環(huán)的太陽能顆粒旋轉(zhuǎn)移動床反應(yīng)器及系統(tǒng)。該成果能夠提高顆粒流動效果、實現(xiàn)顆粒分解和停留時間 的匹配和控制，降低儲能過程中的操作和維護(hù)成本。

結(jié)語

隨著基于鈣基材料化學(xué)儲能體系的研究越來越深入，粉體技術(shù)的重要性不斷凸顯。粉體網(wǎng)編輯認(rèn)為，這一儲能體系的研究尚有潛力等待挖掘。例如，納米SiO₂與CaCO₃復(fù)配增加儲能壽命、Al₂O₃/CaO復(fù)合增強(qiáng)儲能穩(wěn)定性、石墨烯/CaCO₃復(fù)合防止燒結(jié)團(tuán)聚、Mn-Fe氧化物/多孔CaCO₃雜化增效節(jié)能等。

參考來源：

西咸新區(qū)融媒體中心、專利之星、粉體網(wǎng)、中國科學(xué)院工程熱物理研究所

孫浩，等：基于CaO/CaCO₃體系的熱化學(xué)儲能研究進(jìn)展，山東大學(xué)

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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