一种镁基热化学储能材料及其制备方法与流程

本发明属于镁基热化学储能材料，尤其涉及一种镁基热化学储能材料及其制备方法。

背景技术：

1、在众多能源储存技术中，很重要的一种是将暂时过剩的能源转化成热能进行储存。热能储存是通过使用储热材料进行储热，在需要时释放能量，具有很大的发展潜力。根据原理的不同，热能储存通常可分为显热储能、潜热储能（相变储热）和热化学储能。其中，热化学储能作为前沿的储热技术，在储热温度和储能密度方面均优于显热及潜热储能。此外，由于热能以化学能的形式储存，理论上可以实现热能的零损耗和长期储存。

2、热化学储能材料作为热化学储能技术的基础，是最重要的组成部分，其中低成本、宽温度窗口、高储热密度、环境友好的mgo/mgco3体系的热化学储热材料被认为是最具有前景的材料之一（公式1）。然而mgo/mgco3体系作为一种固相的储热材料，同样局限于反应速率慢、循环稳定性弱、制备复杂等因素，不利于实现工业化的大规模生产及应用。

3、公式1

4、目前现有mgo基热化学储能材料的合成方法主要是通过2步法制备。第1步，由镁前驱体与沉淀剂反应、干燥、煅烧后制备mgo，第2步通过水溶法或者醇溶法在制备的mgo中添加掺杂剂再次干燥和煅烧制得最终的mgo基热化学储能材料。该方法制备过程繁琐，不仅在多步干燥及煅烧中损耗较多电能，且转移过程中易出现样品损失。

技术实现思路

1、针对以上技术问题，本发明提供了一种镁基热化学储能材料及其制备方法，本发明通过一步煅烧法由镁前驱体直接制备硝酸盐改性后的氧化镁基热化学储能材料，减少制备步骤，降低成本，并提升mgo碳酸化率，增强循环稳定性。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、一种镁基热化学储能材料，所述镁基热化学储能材料包括氧化镁基体和负载在氧化镁基体上的掺杂剂，所述镁基热化学储能材料的微观结构为纳米级的花瓣片层，所述掺杂剂为硝酸盐，硝酸盐在镁基热化学储能材料能处于熔融状态，液态的硝酸盐能够降低mg-o键能，加快氧化镁与二氧化碳的反应速率；

4、所述镁基热化学储能材料的制备方法包括以下步骤：

5、s1：将镁前驱体溶液和碳酸盐溶液搅拌混合、反应后过滤；

6、s2：将硝酸盐溶液与所述步骤s1的过滤产物搅拌混合，并将混合物进行干燥；

7、s3：将所述步骤s2中干燥后的混合物置入高温炉中进行煅烧。

8、镁前驱体可以是六水氯化镁、硝酸镁，碳酸盐可以是碳酸钾、碳酸钠， 因mgo/mgco3体系中反应化学式，镁前躯体与碳酸盐的摩尔比例相同或碳酸盐轻微过量（例如1.1倍以内或1.2倍均可）以使镁前驱体充分反应。

9、硝酸盐可以是lino3、nano3、kno3、lino3-nano3、nano3-kno3、lino3-kno3、lino3-nano3-kno3。

10、优选地，所述硝酸盐为lino3-nano3-kno3三元碱金属硝酸盐，选用此碱金属硝酸盐是因为该碱金属硝酸熔盐熔点较低，可以在加热过程中更早地熔融，促进氧化镁的反应速率。

11、所述lino3-nano3-kno3混合比例可根据lino3-nano3-kno3相图进行选择，只要在氧化镁基体温度工作范围内是熔融状态即可，优选地，所述lino3-nano3-kno3的摩尔比为0.3：0.18：0.52，处于该比例的硝酸盐为共晶lino3-nano3-kno3三元熔盐，熔点更低，可以更早的熔融加快氧化镁的反应速率。

12、优选地，所述掺杂剂占所述镁基热化学储能材料的摩尔比为5-20，经实验表面掺杂比例大于20，反应速率不升反而下降，可能是因为比例过高导致硝酸盐堵塞氧化镁表面孔洞，抑制反应。

13、优选地，所述掺杂剂占所述镁基热化学储能材料的摩尔比为10-20，进一步优选摩尔比为20，促进反应效率更高。

14、优选地，所述步骤s3中煅烧温度为400-450℃，促使得到的储能材料呈现纳米级的花瓣微孔片层结构，可使得镁基热化学储能材料，进行热能释放及存储过程中可有效促进二氧化碳在氧化镁内部流动，提升反应速率，温度太小无法反应产生氧化镁，温度太大则无法实现得到纳米级的花瓣微孔片层的微观形貌。

15、进一步地，所述步骤s3中混合物随高温炉以5℃/min的升温速率升温至450℃，保温4小时进行煅烧。

16、基于相同的发明构思，本发明提供了一种镁基热化学储能材料的制备方法，包括以下步骤：

17、s1：将镁前驱体溶液和碳酸盐溶液搅拌混合、反应后过滤；

18、s2：将硝酸盐溶液与所述步骤s1的过滤产物搅拌混合，并将混合物进行干燥；

19、s3：将所述步骤s2中干燥后的混合物置入高温炉中进行煅烧，得到所述镁基热化学储能材料；

20、所述镁基热化学储能材料包括氧化镁基体和负载在氧化镁基体上的掺杂剂，所述镁基热化学储能材料的微观结构为纳米级的花瓣片层，所述掺杂剂为硝酸盐。

21、优选地，所述步骤s1具体包括将摩尔比例为1:1的镁前驱体和碳酸盐配置成溶液，并将碳酸盐溶液倒入镁前驱体溶液中，搅拌、反应后过滤。

22、所述镁前驱体为mgcl2·6h2o，所述碳酸盐为na2co3，此外，所述镁前驱体还可以选择硝酸镁等，碳酸盐还可以选择碳酸钾等。

23、优选地，所述步骤s3中煅烧温度为400-450℃，促使得到的储能材料呈现纳米级的花瓣微孔片层结构，可使得镁基热化学储能材料，进行热能释放及存储过程中可有效促进二氧化碳在氧化镁内部流动，提升反应速率，温度太小无法反应产生氧化镁，温度太大则无法实现得到纳米级的花瓣微孔片层的微观形貌。

24、进一步地，所述步骤s3中混合物随高温炉以5℃/min的升温速率升温至450℃，保温4小时进行煅烧。

25、优选地，所述步骤s2具体包括将摩尔配比为0.3：0.18：0.52的lino3-nano3-kno3碱金属硝酸盐配置成硝酸盐溶液，将所述硝酸盐溶液与步骤s1的过滤产物搅拌混合，并将混合物置入105-120℃中干燥12-24h。

26、优选地，所述步骤s2中称取占有镁基热化学储能材料的5-20mol%的硝酸盐配置成硝酸盐溶液。

27、本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

28、本发明提供的镁基热化学储能材料，通过镁前驱体一步煅烧直接得到硝酸盐掺杂后的储能材料，并且掺杂硝酸盐能够减弱氧化镁内部晶格能，加快反应速率，增加能量密度和循环稳定性。进一步地通过一步煅烧法由镁前驱体直接制备硝酸盐掺杂后的镁基热化学储能材料，极大简化制备过程，减小制备过程中的能源损耗，有效促进工业化生产。

29、本发明另一实施方式中严格控制煅烧的温度，使得最终的材料呈现纳米级的花瓣微孔片层结构，可使得镁基热化学储能材料，进行热能释放及存储过程中可有效促进二氧化碳在氧化镁内部流动，提升反应速率。

技术特征：

1.一种镁基热化学储能材料，其特征在于，所述镁基热化学储能材料包括氧化镁基体和负载在氧化镁基体上的掺杂剂，所述镁基热化学储能材料的微观结构为纳米级的花瓣片层，所述掺杂剂为硝酸盐；

2.根据权利要求1所述的镁基热化学储能材料，其特征在于，所述硝酸盐为lino3-nano3-kno3三元碱金属硝酸盐。

3.根据权利要求2所述的镁基热化学储能材料，其特征在于，所述lino3-nano3-kno3的摩尔比为0.3：0.18：0.52。

4.根据权利要求1所述的镁基热化学储能材料，其特征在于，所述掺杂剂占所述镁基热化学储能材料的摩尔比为5-20。

5.根据权利要求4所述的镁基热化学储能材料，其特征在于，所述掺杂剂占所述镁基热化学储能材料的摩尔比为10-20。

6.根据权利要求1所述的镁基热化学储能材料，其特征在于，所述步骤s3中煅烧温度为400-450℃。

7.根据权利要求6所述的镁基热化学储能材料，其特征在于，所述步骤s3中混合物随高温炉以5℃/min的升温速率升温至450℃，保温4小时进行煅烧。

8.一种镁基热化学储能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的镁基热化学储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中煅烧温度为400-450℃。

10.根据权利要求9所述的镁基热化学储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中混合物随高温炉以5℃/min的升温速率升温至450℃，保温4小时进行煅烧。

11.根据权利要求8所述的镁基热化学储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括将摩尔配比为0.3：0.18：0.52的lino3-nano3-kno3碱金属硝酸盐配置成硝酸盐溶液，将所述硝酸盐溶液与步骤s1的过滤产物搅拌混合，并将混合物置入105-120℃中干燥12-24h。

12.根据权利要求8或11所述的镁基热化学储能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中称取占有镁基热化学储能材料的5-20mol%的硝酸盐配置成硝酸盐溶液。

技术总结
本发明公开了一种镁基热化学储能材料及其制备方法，所述镁基热化学储能材料包括氧化镁基体和负载在氧化镁基体上的掺杂剂，所述镁基热化学储能材料的微观结构为纳米级的花瓣片层，所述掺杂剂为硝酸盐；所述镁基热化学储能材料的制备方法包括以下步骤：S1：将镁前驱体溶液和碳酸盐溶液搅拌混合、反应后过滤；S2：将硝酸盐溶液与所述步骤S1的过滤产物搅拌混合，并将混合物进行干燥；S3：将所述步骤S2中干燥后的混合物置入高温炉中进行煅烧。本发明通过一步煅烧法由镁前驱体直接制备硝酸盐改性后的氧化镁基热化学储能材料，减少制备步骤，降低成本，并提升MgO碳酸化率，增强循环稳定性。

技术研发人员：桂昌青,章颢缤,黄其,卓思
受保护的技术使用者：浙江高晟光热发电技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14