[发明专利]一种低成本钙基储热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低成本钙基储热材料及其制备方法，属于储热材料技术领域。所述钙基储热材料的钙基原料为天然白云石，其掺杂了不同比例的吸光组分硝酸锰Mn(NO₃)₂、硝酸铁Fe(NO₃)₃·9H₂O。本发明通过对煅烧后的白云石的酸化预处理，增强白云石材料的储/放热性能；通过对于吸光组分不同摩尔比例（Ca/Mg:Mn:Fe=100:0.5:1,100:1:2,100:2:4）的掺杂，克服传统钙基材料光学吸收性能差的缺点。掺杂吸光组分的钙基材料可以直接与太阳辐射光子相互作用，因此，能够吸收更多的太阳辐射。在本发明中，酸化方法简单，钙基原料成本低，适合放大技术路线，大规模量产，工业化应用。

技术领域

本发明属于储热材料技术领域，具体涉及一种基于天然白云石酸改性、吸光组分Fe/Mn掺杂的钙基储热材料及其制备方法。

背景技术

为了缓解能源短缺与环境污染问题，实现从化石燃料向清洁可再生能源的平稳过渡。聚光太阳能发电(Concentrated Solar Power,CSP)作为太阳能利用的两种主要技术之一，提供了大规模发电和商业扩大的可能性。高效且具有成本竞争力的热能存储系统在克服太阳能利用的局限性方面起着至关重要的作用。与第一代的显热储能和第二代的潜热储能相比，热化学储能因其高能量储存密度和高工作温度范围具有广阔的应用前景。

迄今为止，由于高反应动力学和廉价的原料，碳酸钙CaCO₃在众多热化学储能材料中脱颖而出。基于钙循环(Calcium Looping,CaL)的热化学储能工艺应用于CSP中最早于19世纪70年代后期提出，并且由于来源广泛、无毒且环保、储能密度大等优点，再次受到研究学者们的广泛关注。

研究学者在钙基储热剂的基础研究方面做了大量的工作，也取得了诸多阶段性研究成果，但是，到目前为止，很少有学者关注到碳酸钙材料本身较低的太阳辐射吸收率，也正是由于这种固有特征，极大地限制了钙基材料太阳热能直接转化效率。

当前技术更多地关注钙循环过程中的碳酸化阶段，并对钙基材料做了一系列改进，如机械化学修饰、结构稳定剂的掺入、熔融盐共晶掺杂以及生物模板的添加等。但是，很少有学者就太阳能煅烧过程，钙基材料的低太阳辐射吸收率的问题做出研究。碳酸钙对太阳辐射的光学吸收较弱(小于10％)，这种非常弱的太阳能收集能力使其难以达到驱动逆吸热反应所需的碳酸钙的分解温度。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于天然白云石酸改性、Fe/Mn吸光组分掺杂的钙基储热材料及其制备方法，通过往钙基材料中掺杂吸光组分，实现钙基材料从白色到黑色的转变，使得太阳辐射光子可以直接与钙基复合材料相互作用。这种直接的光吸收模式可以有效地减少传热的时间段，从而抑制辐射热损失并提高热利用效率。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种钙基储热材料，原料包括：钙基材料和吸光组分；

所述钙基材料为天然白云石，吸光组分为硝酸锰和硝酸铁；

所述钙基材料中Ca²⁺和Mg²⁺与硝酸锰中Mn²⁺、硝酸铁中Fe³⁺的摩尔比为100:0.5:1、100:1:2、100:2:4和100:4:8。

上述钙基储热材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，对天然白云石进行预处理，制成白云石溶液；

步骤2，向白云石溶液中加入络合剂和吸光组分；

步骤3，将步骤2得到的混合溶液干燥；

步骤4，将步骤3得到的干燥物煅烧，即可得到所述钙基储热材料。