復合金屬氧化物儲熱材料及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種利用氧化鎂改性銅鋁復合金屬氧化物儲熱材料及其制備方法，在氧化銅摻雜氧化鋁的儲熱材料體系上進一步地摻雜氧化鎂，進一步改善氧化銅摻雜氧化鋁儲熱材料的燒結問題，提升其循環性能。該復合金屬氧化物儲熱材料為氧化銅與氧化鋁和氧化鎂在高溫下復合形成的儲熱材料，氧化鋁和氧化鎂在高溫下生成鋁酸鎂，鋁酸鎂包裹于氧化銅顆粒的表面。該復合金屬氧化物儲熱材料的制備方法包括如下步驟：步驟S1：按比例稱量氧化銅、氧化鋁和氧化鎂，將原料打磨混合；步驟S2：將混合后的氧化銅粉末氧化鋁和氧化鎂經高溫煅燒后冷卻得到煅燒產物，將煅燒產物研磨成粉末得到復合金屬氧化物儲熱材料。氧化物儲熱材料。氧化物儲熱材料。

【技術實現步驟摘要】
復合金屬氧化物儲熱材料及其制備方法


[0001]本專利技術涉及儲熱材料
，具體涉及一種復合金屬氧化物儲熱材料及其制備方法。

技術介紹

[0002]儲能技術是支撐電力靈活消納的關鍵技術之一。其中，大規模高溫儲熱發電的成本低，安全性好，是保障電力系統安全穩定運行和提高電力系統整體利用效率及電力靈活消納安全性的有效手段。
[0003]對于儲熱技術，目前主要分為顯熱、相變潛熱和熱化學反應儲熱三種形式。顯熱儲熱主要是利用介質溫度的升降來實現熱量的儲存與釋放，過程相對簡單，但儲能密度小且放熱時不恒溫。相變儲熱是利用介質相變過程的潛熱來實現熱量的儲存與釋放，儲能密度較大，但相變材料通常需要封裝且導熱系數較小、易老化。熱化學反應儲熱是利用可逆的化學反應進行熱量的儲存與釋放，儲能密度可比顯熱高一個數量級，適用的溫度范圍較寬，儲/放熱的溫度比較穩定且集中，可以實現季節性長時間存儲和較長距離運輸，并且可實現熱能品位的提升，極具研發和應用前景。
[0004]熱化學反應儲熱體系中，基于金屬氧化物(如鈷/錳/銅/鐵等)的高溫熱化學儲熱技術是通過不同價態金屬氧化物之間的氧化還原反應來實現儲能的，儲熱溫度高(>800℃)，儲熱密度大(>500kJ/kg)、資源量大(銅基、錳基等)。其中，銅基儲熱材料的反應速率較快、儲熱密度較高，但存在高溫下燒結導致反應性能下降的問題。
[0005]對于這個問題，現有技術中提出了在氧化銅中摻雜了氧化鋁以提高氧化銅的循環性能的技術方案。但是，該氧化銅摻雜氧化鋁的體系在120次循環后的再氧化程度降到了80％左右，循環壽命盡管有所增加但仍不理想。

技術實現思路

[0006]針對上述現有技術中存在的不足，本專利技術提供了一種利用氧化鎂改性銅鋁復合金屬氧化物儲熱材料及其制備方法，在氧化銅摻雜氧化鋁的儲熱材料體系上進一步地摻雜氧化鎂，進一步改善氧化銅摻雜氧化鋁儲熱材料的燒結問題，提升其循環性能。
[0007]本專利技術一方面提供了一種復合金屬氧化物儲熱材料，該復合金屬氧化物儲熱材料為氧化銅、氧化鋁和氧化鎂在高溫下復合形成的儲熱材料，氧化鋁和氧化鎂在高溫下生成鋁酸鎂，鋁酸鎂包裹于氧化銅顆粒的表面。
[0008]根據該技術方案，首先，在銅鋁復合的儲熱材料摻雜氧化鎂之后，由于在高溫下氧化鎂與氧化鋁的反應優先級高于氧化鋁與氧化銅或者氧化鎂和氧化銅的反應，所以氧化鎂能夠與氧化鋁優先生成晶型更加穩定、結構更加牢固的鋁酸鎂晶體，而鋁酸鎂具有比氧化鋁更高的使用溫度，化學性質更穩定，所以即使在高溫反應條件下，氧化鋁和氧化鎂反應生成的鋁酸鎂也不會在高溫下發生物相變化，更不會像氧化鋁一樣與氧化銅發生化學反應，從而能夠在避免主體反應物質(氧化銅)含量減少的同時，在多次的儲/放熱循環中仍舊穩
定存在。
[0009]其次，經申請人的實驗研究發現，鋁酸鎂與氧化銅顆粒之間有較強的相互作用，鋁酸鎂能夠緊緊地包裹于氧化銅顆粒的表面，在多次的儲熱/放熱循環反應過程中不易脫落。
[0010]最后，由于鋁酸鎂能夠附著于氧化銅顆粒表面，從而能夠在多個氧化銅顆粒之間起到有效的阻隔作用，阻止氧化銅顆粒之間的接觸，避免氧化銅顆粒在高溫的反應條件中的團聚燒結，并且，在多次的儲熱/放熱反應的循環中，鋁酸鎂也能夠穩定地包裹于氧化銅顆粒的表面，從而本專利技術提供的儲熱材料具有優良的循環儲熱/放熱性能，能夠在多次循環之后保持較高的儲熱/放熱密度。
[0011]作為本專利技術優選的技術方案，氧化銅的質量分數為1
?
x，鋁酸鎂的質量分數為x，x的取值范圍為5％
?
20％。
[0012]根據該技術方案，由于在高溫的反應條件下氧化銅顆粒會發生團聚燒結現象，而過少的鋁酸鎂無法對氧化銅顆粒進行有效的阻隔，從而導致部分氧化銅顆粒仍舊會發生團聚燒結的現象，而5％以上的鋁酸鎂可以對大部分的氧化銅顆粒進行有效的阻隔，其中，鋁酸鎂的質量分數占比越高、分布越均勻對氧化銅顆粒之間團聚的阻隔效果越好，當鋁酸鎂的質量比達到5％以上時，能夠使得儲熱材料的再氧化程度達到99％，但鋁酸鎂的質量分數越高，氧化銅顆粒的質量分數越低，而該儲熱材料的主體反應物質即為氧化銅顆粒，氧化銅顆粒的含量較低，則同等質量條件下的材料的儲熱/放熱的反應的能量密度降低，并且，過多的鋁酸鎂附著在氧化銅顆粒表面，容易造成氧化銅顆粒與空氣的接觸反應面積不足，所以當鋁酸鎂的質量占比為5％
?
20％時，能夠兼顧儲熱材料的儲熱/放熱密度和循環性能。
[0013]作為本專利技術優選的技術方案，x的取值為10％。
[0014]根據該技術方案，經申請人實驗發現，當儲熱材料中的氧化銅與鋁酸鎂的比例為9:1時，復合金屬氧化物儲熱材料在500次循環后質量變化率變化不大，再氧化程度仍能達到96％以上，具有更好的循環儲熱性能。
[0015]作為本專利技術優選的技術方案，氧化鋁和氧化鎂的摩爾比為1：1。
[0016]根據該技術方案，過少的氧化鎂會使得剩余的氧化鋁依舊與氧化銅結合生成銅鋁尖晶石，影響循環性能，降低儲熱密度，而過多的氧化鎂會導致剩余的氧化鎂與氧化銅反應生成銅酸鎂，不利于氧化銅的反應，當氧化鋁和氧化鎂的摩爾比為1：1時，氧化鋁和氧化鎂剛好能夠完全反應，生成性質更加穩定的鋁酸鎂。
[0017]作為本專利技術優選的技術方案，鋁酸鎂為固體顆粒。
[0018]根據該技術方案，當顆粒狀的鋁酸鎂附著在氧化銅顆粒表面時，與氧化銅顆粒的表面點接觸，保證了對氧化銅顆粒之間產生阻隔效果的同時，氧化銅顆粒與空氣有較大的反應接觸面積，從而在多次的儲熱/放熱反應的循環中，本專利技術提供的儲熱材料具有較大的反應面積，進一步改善了儲熱材料在儲熱/放熱反應的循環中的再氧化程度和反應速率。
[0019]作為本專利技術優選的技術方案，鋁酸鎂顆粒的粒徑小于氧化銅顆粒的粒徑，多個鋁酸鎂顆粒均勻地包裹于氧化銅顆粒的表面。
[0020]根據該技術方案，粒徑較小的鋁酸鎂均勻地附著于粒徑較大的氧化銅顆粒的表面，從而可以在不影響氧化銅顆粒與空氣的反應面積的情況下，由氧化銅顆粒表面均勻分布的鋁酸鎂顆粒對氧化銅顆粒之間的團聚進行阻隔，最大程度地提高同等質量占比的鋁酸鎂對氧化銅顆粒之間團聚現象的阻隔效果。
[0021]本專利技術另一方面還提供了一種上述任一技術方案中的復合金屬氧化物儲熱材料的制備方法，包括如下步驟：
[0022]步驟S1：按比例稱量氧化銅、氧化鋁和氧化鎂，將原料打磨混合；
[0023]步驟S2：將混合后的氧化銅粉末氧化鋁和氧化鎂經高溫煅燒后冷卻得到煅燒產物，將煅燒產物研磨成粉末得到復合金屬氧化物儲熱材料。
[0024]根據該技術方案，將混合均勻的鋁酸鎂和氧化銅顆粒在高溫下復合，在高溫條件下，固體界面間經過接觸，反應，成核，晶體生長反應，最終獲得復合物質，此種制備方式成本低、產量大、設備及制備工藝簡單、生產效率高。
[0025]另外，均勻混合的粉末狀氧化銅和鋁酸鎂在步驟S2中的高溫煅燒中，鋁酸鎂粉末本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種復合金屬氧化物儲熱材料，其特征在于，所述復合金屬氧化物儲熱材料為氧化銅、氧化鋁和氧化鎂在高溫下復合形成的儲熱材料，所述氧化鋁和所述氧化鎂在高溫下生成鋁酸鎂，所述鋁酸鎂包裹于所述氧化銅顆粒的表面。2.如權利要求1所述的復合金屬氧化物儲熱材料，其特征在于，所述氧化銅的質量分數為1
?
x，所述鋁酸鎂的質量分數為x，x的取值范圍為5％
?
20％。3.如權利要求2所述的復合金屬氧化物儲熱材料，其特征在于，x的取值為10％。4.如權利要求1
?
3任一項所述的復合金屬氧化物儲熱材料，其特征在于，所述氧化鋁和氧化鎂的摩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖剛，秦望，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：