[发明专利]一种热化学吸附储热复合材料及其应用

说明书

本发明公开了一种热化学吸附储热复合材料，包括主体材料水合碳酸钾，其特征在于，还包括均匀混合的基体材料膨胀石墨和辅料辛基酚聚氧乙烯醚，其中主体材料质量比例大于基体材料质量比例大于辅料质量比例。还公开了该复合材料的应用，即将其作为储热材料应用于热化学储热反应，作为低温太阳能集热器或工业余热回收系统中的储热材料应用，对建筑进行供暖或生活热水的供给。本发明的热化学吸附储热复合材料，具有更快的反应速率和反应均匀性，环境稳定性更好，应用性更强。

技术领域

本发明涉及储热材料技术领域，具体涉及一种热化学吸附储热复合材料。

背景技术

当今世界能源需求的持续增加和环境污染问题愈加显著，使用可再生能源替代传统能源，利用高效的能源生产技术是解决这些问题的最佳选择。太阳能资源丰富清洁，是可持续的理想的自然资源，但其间歇性和波动性限制了能源的有效利用。生产生活中余热废热的利用也可以有效提高能源效率。故采用储热材料吸收太阳能热量或者生产生活中余热废热存储后进行利用的技术可以解决太阳能或废热供应在供需方面的不匹配，同时能量储存密度高，占据空间小，储存期间无能量损失，因此得到了广泛的应用。

现有的新型储热材料通常有相变材料以及热化学吸附储热材料两种，相变材料是依靠相变过程储蓄和释放热量的材料，热化学吸附储热材料是依靠材料化学变化过程储蓄和释放热量的材料。其中相变材料利用的是相变潜热，成核后可以相对快的扩散结晶且控制简单方便，目前应用最为广泛。但相变材料存在相分离和过冷度太大的技术难点，而热化学吸附储热材料是依靠化学键的破坏和重建储蓄和释放热量，化学势能比潜热能高。故一些反应比较柔和，方便控制且较为安全的热化学吸附储热材料也逐渐得到发展。

在热化学吸附储热材料中，碳酸钾（K₂CO₃）能够在得失结晶水的过程中储蓄和释放热量，其反应简单，安全性好，成本低廉，其脱水反应发生在低温太阳能集热器的温度范围内（150℃），水合反应产生的能量可以满足建筑物对空间供暖和生活热水（35-65℃）的需求，是面向建筑应用比较理想的一种热化学储热材料。

然而，纯碳酸钾（K₂CO₃）应用在实际的储能系统中进行水合放热时，仍然会出现水合速率慢、反应不均匀导致容易潮解、颗粒团聚结块等问题，制约了作为热化学吸附储热材料的良好应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种基于碳酸钾水合反应的热化学吸附储热复合材料，使其具有更快的反应速率和反应均匀性，环境稳定性更好。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种热化学吸附储热复合材料，包括主体材料水合碳酸钾，其特征在于，还包括均匀混合的基体材料膨胀石墨和辅料辛基酚聚氧乙烯醚，其中主体材料质量比例大于基体材料质量比例大于辅料质量比例。

这样，本方案的热化学吸附储热复合材料可用于太阳能热量或者生产生活中余热废热吸热储热，吸热储热过程中，主料水合碳酸钾失去结晶水并吸收热量。待需要放热时，碳酸钾再结合结晶水并释放热量。申请人研究发现，现有单纯的水合碳酸钾作为热化学吸附储热材料时，在吸热储热过程中，在较高温度作用下水分子连接键断裂后容易作为水蒸气溢出，后续发热过程中是碳酸钾重新补充结晶水的过程，该过程也是水蒸汽在吸附材料中重新扩散的过程，因为水合碳酸钾在失去结晶水后体积会有所收缩，故在该水合反应过程中，水蒸气很难再重新均匀地扩散到各处位置和碳酸钾结合。这样水蒸气的扩散能力较差极大地影响了水合反应的速率，有时候需要采用增加水蒸气压力的方式提高水蒸气扩散能力。然而碳酸钾水合反应是一个对水需求量以及反应条件要求精度比较高的反应，当增加水蒸气压力以提高其扩散能力时，会导致过多的水蒸气在压力作用下和材料边缘先接触的碳酸钾过度水合而直接发生潮解。这样潮解反应的实质是碳酸钾溶解于水，潮解的材料在后续吸热储热过程中再度脱水就会聚集在一起结成块状，这种板结现象又进一步影响了材料的孔隙率和水分子的扩散性能，故材料的反应均匀性很差且环境稳定性很差。