[发明专利]一种改性SiC基太阳能热发电用储热陶瓷及其制备方法

说明书

本发明属于新能源陶瓷领域，涉及一种改性SiC基太阳能热发电用储热陶瓷及其制备方法，先按质量比为100：(0.5～9)取基础粉料以及改性助烧剂混合均匀，得混合粉料；基础粉料包括SiC、铝矾土和高岭土；向混合粉料中加入水溶性粘结剂溶液，混合均匀得到塑化坯料；塑化坯料经压制成型和干燥，得到干燥坯体；将干燥坯体在不高于1500℃的温度下烧结，得到改性SiC基太阳能热发电用储热陶瓷。本发明制备的储热陶瓷材料不仅储热密度大、抗氧化性能好，而且其制备温度较其他SiC基材料更低、热导率以及机械强度更高，用于太阳能热发电储能系统更易实现大规模量产。

技术领域

本发明属于新能源陶瓷领域，具体涉及一种改性SiC基太阳能热发电用储热陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着“双碳”政策的不断推进，促进能源结构的绿色转型优化迫在眉睫。作为一种储量丰富的绿色清洁能源，太阳能的利用技术成为现阶段的研究热点。太阳能热发电技术是一种能够实现大规模生产的、配备有特定储能时长装置的、研究较为成熟的太阳能热利用技术。相较化学储能和传统抽水蓄能，太阳能热发电系统储热装置的储能度电成本更低、调峰能力更强，一跃成为电力系统的刚性需求。因此，储热密度大、抗氧化性好的长寿命储热材料的研发直接关系到太阳能热发电的效率和成本，成为新一代光电储能研究的重中之重。

目前应用较广泛的是SiC陶瓷储热材料，其热导率高，具有明显的储能优势。但纯SiC较难致密，导致热导率达不到光热储能系统的要求，且高温抗氧化性差，不能用于长期服役。因此，研究者们常对SiC材料进行复合和改性，以提高其长期服役的储热能力。陶瓷材料特别发明专利《一种包裹相变材料的陶瓷蓄热球的制备方法》(CN101788239B)公开了一种用于以空气为工质的太阳能热发电蓄热系统的SiC基显热-潜热复合储热材料，其热导率高达40W·(m·K)^-1，但其储热密度仅为407J/g，且开模工艺复杂，较传统显热储热材料成本提高近1倍，不易实现大规模生产。发明专利《高热导率红柱石/碳化硅复相储热陶瓷及其制备方法》(CN106045486A)则涉及一种传统无压烧结法制备的SiC基复相显热储热陶瓷材料，储热密度可高达900J·g^-1，体积密度略大于2.00g·cm^-3，但仍未达到理想的储热密度和致密化效果。中国发明专利《太阳能热发电吸/储热一体化刚玉/SiC陶瓷材料及其制备方法》(CN111253158A)致力于提高SiC基储热陶瓷的抗氧化性以及热电导率，制备了一种刚玉/SiC基的吸储一体材料，其储热密度达1020J/g，但热导率最高也仅有7.74W·(m·K)^-1，储热效率仍需提高；同时氧化试验后的氧化增重速率为10.65mg²·cm^-4·h^-1，材料强度仅为76MPa～85MPa，后期使用寿命不够长，高温抗氧化性能有待提高。

由上可知，尽管SiC作为高温储热陶瓷材料的理想材料得到了广泛研究，但烧结温度高、难致密导致的热导率及储热密度大大降低的难题仍未得到解决。因此，亟需制备一种能够满足新一代光热储能系统要求(工作温度达800℃～1000℃)的储热密度大、抗氧化性好的长寿命SiC基储热材料。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种改性SiC基太阳能热发电用储热陶瓷及其制备方法，制得的储热陶瓷储热密度大、抗氧化性好。

为达到上述技术目的，本发明的储热陶瓷的技术方案是：

包括如下步骤：

(1)按质量比为100：(0.5～9)取基础粉料以及改性助烧剂混合均匀，得混合粉料；基础粉料包括SiC、铝矾土和高岭土；

(2)向混合粉料中加入水溶性粘结剂溶液，混合均匀得到塑化坯料；

(3)塑化坯料经压制成型和干燥，得到干燥坯体；

(4)将干燥坯体在不高于1500℃的温度下烧结，得到改性SiC基太阳能热发电用储热陶瓷。