[发明专利]金属氧化物储热材料、金属氧化物储热单元及制备方法

说明书

本发明涉及储热材料技术领域，提供了一种具有优异循环性能的金属氧化物储热材料、金属氧化物储热单元及制备方法。该金属氧化物储热材料为A_xB_3‑xO₄复合金属氧化物材料，其中，A_xB_3‑xO₄复合金属氧化物材料的A位包括Cu，B位包括Mn。由该金属氧化物储热材料负载而成的金属氧化物储热单元，具有优异的还原/氧化活性和循环性能，可保证金属氧化物储热单元能够高效多次的循环存储和释放热量，显著降低其使用成本以及为系统运行提供保障。

技术领域

本发明涉及储热材料技术领域，具体涉及一种具有优异循环性能的金属氧化物储热材料、金属氧化物储热单元及制备方法。

背景技术

储能技术是可再生能源持续稳健发展与大规模利用的关键技术支撑。储热是储能的重要组成部分，仅以太阳能热发电为例，2025年前后中国的储热市场即可达300亿元。

储热主要包括显热、潜热和化学热三种形式。化学储热是利用可逆化学反应的热效应进行能量的存储和释放，根据反应物质的不同，可选的储热温度范围较广。对于高温应用技术而言，金属氧化物的还原/氧化反应温度高(700℃)、能量密度大(400kJ/kg)，具有非常大的发展潜力。适合高温储热应用的金属氧化物体系主要有：Co₃O₄/CoO、 Mn₂O₃/Mn₃O₄、CuO/Cu₂O和Fe₂O₃/Fe₃O₄等。其中，Mn₂O₃/Mn₃O₄体系具有反应温区宽以及反应温度低于1000℃的优点，但储热密度较低； CuO/Cu₂O体系的储热密度高、价格低廉，但其反应温区较窄。

基于上述CuO/Cu₂O、Mn₂O₃/Mn₃O₄单一体系高温热化学储热材料还原/氧化化学反应的循环性差、反应速率慢等问题，亟需开发一种新型高温金属氧化物储热材料，提升还原/氧化反应的速率，改善长周期循环性能，保证储热单元高效多次地循环存储和释放热量，从而可显著降低其使用成本以及为系统运行提供保障。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种金属氧化物储热材料，可以在提升材料还原/氧化反应性能及速率的同时，兼顾其优异的循环性能，保证金属氧化物储热单元能够高效多次的循环存储和释放热量。

根据本发明提供的一种金属氧化物储热材料，该金属氧化物储热材料为A_xB_3-xO₄复合金属氧化物储热材料，其中，A_xB_3-xO₄复合金属氧化物储热材料的A位包括Cu，B位包括Mn。由于A_xB_3-xO₄复合金属氧化物储热材料的主要成分为Cu_xMn_3-xO₄，通过调节Cu或者Mn掺杂比例，得到还原/氧化反应性能和循环性能优异的金属氧化物储热材料，可以保证材料能够高效多次地循环储热/放热。

在本发明的较优技术方案中，A_xB_3-xO₄复合金属氧化物储热材料中 x的取值范围为1.2～1.8。

根据该较优技术方案，A_xB_3-xO₄复合金属氧化物储热材料中x的取值范围在1.2～1.8的范围内，复合金属氧化物储热材料的脱附/吸附及传输氧能力较强，使得还原/氧化反应性能和循环性能得以进一步提高。