基于钙基氧化物的热化学储热技术研究-闫君.pdf

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1、基于钙基氧化物的热化学基于钙基氧化物的热化学储热技术研究储热技术研究2024年3月23日报告人：闫君 副教授上海交通大学（赵长颖 教授团队）Email:报告内容报告内容一一、研究背景研究背景二二、钙基储热钙基储热氧化物传热传质与热动力学氧化物传热传质与热动力学三三、钙基钙基氧化物储热材料稳定性研究氧化物储热材料稳定性研究四四、钙基钙基氧化物反应器实验研究氧化物反应器实验研究五五、展望展望一、背景及现状大力发展可再生能源将是我国能源发展的必经之路；储能技术对解决能源时空供需不平衡问题，提高可再生能源利用率，推动能源革命实现双碳目标有着重大意义。双碳目标：CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力

2、争取2060年前实现碳中和。抽水电力储能抽水电力储能超级电容器超级电容器储热储热储电储电其他其他消除能量供应和能量需求之间的不匹配性消除能量供应和能量需求之间的不匹配性超导磁体超导磁体飞轮储能飞轮储能3一、背景及现状储热技术将是非常重要的储能技术之一一次能源中超过一次能源中超过50%50%是以是以热能形式被利用的热能形式被利用的一次能源中50%以热能形式利用4储热分类及对比储热分类及对比储热技术可以在如下热能供给与需求失配的矛盾的领域具有广泛的应用前景：建筑节能、暖通空调节能 太阳能等波动性新能源的利用 电力的“移峰填谷”废热和余热的回收利用等领域热化学储热优势：储热密度大钙基材料储热密度10

3、00kJ/kg，约为相变储热的4倍，显热储存的10倍长周期存储绝大部分能量以化学键形式存储，热损小安全性高各类储热技术对比文献中对同样储存1850kWh热量，不同储热技术所需体积做的对比（以水升温70度，考虑损失25%情况为例）一、背景及现状-5热化学储热介绍热化学储热介绍钙基储热过程化学反应动力学控制方程：热化学储热循环基本原理（以Ca(OH)2/CaO为例）：一、背景及现状-热化学储能不是简单的单向反应，还需考虑多次循环使用需求;储放热循环过程是非平衡反应动力学过程。6二、钙基储热氧化物传热传二、钙基储热氧化物传热传质与热动力学质与热动力学7从微观分子计算及晶体结构方面探究宏观储放热过程和

4、影响从微观分子计算及晶体结构方面探究宏观储放热过程和影响/调节机理调节机理微观机理：基于密度微观机理：基于密度泛函理论泛函理论，研究了研究了CaOCaO/Ca(OH)Ca(OH)2 2 储热微储热微观过程观过程，以及掺杂以及掺杂LiLi原子对原子对CaOCaO/Ca(OH)Ca(OH)2 2储热过程影响的微观储热过程影响的微观机理机理。CaOCaO晶系为立方晶系晶系为立方晶系，晶格参晶格参数数a a=2 2.405405 ，采用周期性的采用周期性的三层结构三层结构（CaCa2424O O2424）的超晶的超晶胞模型胞模型，真空层为真空层为1010 三种可能的掺杂位置三种可能的掺杂位置:单晶胞表

5、单晶胞表面中心面中心（0 0.5 5，0 0.5 5，0 0）、单晶单晶胞体系立方中心胞体系立方中心（0 0.5 5，0 0.5 5，0 0.5 5）、以及替换以及替换（001001）表面表面中的一个中的一个CaCa原子原子 A A图中形成的图中形成的OHOH键与键与OHOH-CaCa键键发生储热时化学键断裂的位置发生储热时化学键断裂的位置掺杂掺杂LiLi、MgMg前前/后初始结构后初始结构A1/A2/A3A1/A2/A3，终态结构，终态结构D1/D2/D3D1/D2/D3与过渡态结构与过渡态结构TS1/TS2/TS3TS1/TS2/TS3：绿色为：绿色为Ca,Ca,红色为红色为O,O,白色白

6、色为为H,H,紫色为紫色为LiLi储热材料微观作用机制研究8（Yan J.,Zhao C.Y.,Chemical Engineering Science,2014Yan J.,Zhao C.Y.,Chemical Engineering Science,2014）赝能隙变窄赝能隙变窄 在掺杂在掺杂Li Li 原子后，使得能量势垒由原子后，使得能量势垒由0.4ev0.4ev降低到了降低到了0.11ev0.11ev，将更易于分解。，将更易于分解。掺杂掺杂LiLi后使得相应键位置原子间赝后使得相应键位置原子间赝能隙宽度变窄，化学键更易断裂。能隙宽度变窄，化学键更易断裂。基于密度泛函理论，基于密度泛函