中國粉體網訊 近期，陜西金羽衛裝備科技有限公司鈣基新材料產業化項目一期在西咸新區秦漢新城全面投用，西安交通大學方嘉賓團隊科技研發成果將在這里進行產業化應用。
據了解，此次鈣基新材料產業化項目即是推動西安交通大學方嘉賓團隊“一種基于可逆化學反應的高通量太陽能熱化學儲能系統與方法”等專利技術產業化應用。“在新材料、熱化學儲能研究、高精尖產品和裝備技術研發領域，方嘉賓教授團隊目前在全國處于領先地位。陜西金羽衛就是推動方教授團隊的科研成果落地轉化。”馮備戰表示。
相較于傳統儲能方式，基于鈣基熱化學新材料技術的鈣基熱化學儲能系統，具有高安全性、大規模和可移動、制造成本低等明顯優勢。“太陽能熱化學儲能技術，核心在儲能方式。”馮備戰介紹，“因為是熱化學技術，發電的過程，就像‘生石灰’變成‘熟石灰’會產生熱量，我們將太陽光釋放的熱量儲存起來，需要用電時再將儲存的熱量轉化成電能。由于所用材料成本低廉，加上創新的存儲方式，整體發電成本就降低了。”
CaO、CaCO3儲能與CSP發電的集成系統
“2024年6月，陜西金羽衛落戶秦漢新城后，積極推進項目落地實施，目前開發實驗室、產品展廳及辦公區已全面投入使用。”陜西金羽衛總經理馮備戰介紹，項目一期總面積1480平方米，總投資2000萬元，主要建設技術研發中心和辦公區，并聯合西安交通大學設立熱化學儲能開發實驗室，進行以鈣基熱化學新材料為基礎的光、熱、儲、電一體化相關設備的研發。目前，陜西金羽衛正在推進投資1億元的二期產線項目，預計3年內可實現年產值9000萬元。
鈣基材料熱化學儲能體系研究進展
氧化鈣熱化學儲能體系
以氧化鈣為基礎的儲能體系Ca(OH)2/CaO/H2O和CaCO3/CaO/CO2體系用于熱化學儲能領域具有明顯的優勢，如儲能密度高、材料分布廣泛、環境污染小、價格低廉等，因此鈣基熱化學儲能系統被認為是最具應用潛力的系統之一。
不過，其中Ca(OH)2存在反應顆粒易燒結、機械性能差等缺點，且較低的儲熱溫度也限制了其在下一代光熱發電儲熱系統中的應用。
碳酸鈣熱化學儲能體系
相比之下，CaCO3的儲熱溫度與光熱發電匹配性更好，且儲熱密度均高于Ca(OH)2。
通過在反應器中進行CaCO3的分解反應這一吸熱過程把熱量儲存于CaO，分解熱量的來源于太陽能輻射能量。生成的CaO和CO2分別在儲存容器中儲存，而后在碳酸化器中通過CaO的碳酸化反應釋放熱量，產生的CaCO3進入儲存容器，完成太陽能的轉化和儲存。
例如，西安交通大學研究了一種開放式超臨界二氧化碳儲能系統及運行方法，包括火電廠單元、超臨界二氧化碳儲能單元、碳酸鈣儲熱單元和微藻單元。其中，碳酸鈣儲熱單元能夠將壓縮過程中的壓縮熱及太陽光熱儲存起來，并用于超臨界二氧化碳膨脹前補熱，屬于碳酸鈣體系料儲能應用場景之一。
鈣材料+稀土摻雜熱化學儲能體系
中國科學院工程熱物理研究所傳熱傳質研究中心在高性能鈣基熱化學儲能材料開發方面開展了深入研究。科研人員采用計算和實驗結合方式，通過高通量密度泛函理論計算篩選，發現摻雜稀土金屬元素的鈣基熱化學儲能材料表現出極低的過渡態反應能壘。同時，實驗結果驗證了摻雜稀土金屬元素可以將氫氧化鈣的起始反應溫度降低50℃，提高了材料反應動力學性能。較低的脫水反應溫度不僅可以擴大材料的適用范圍，而且可以顯著緩解材料的團聚和燒結問題，進而提高材料的循環穩定性。
此外，該研究基于柯肯達爾效應，采用室溫攪拌、無模板低碳環保方法制備得到中空結構微納米氧化鈣材料。該材料具有快速二氧化碳吸附速率和較高的循環穩定性，且該材料中的反應幾乎不受擴散阻力限制。該工作利用生物模板制備得到了具有多級孔結構的鈣基熱化學儲能材料。該材料具有較好的二氧化碳吸附特性和循環穩定性，20次循環儲能密度在2000kJ/kg以上。
儲能反應器設計
然而，目前現有的熱化學儲能反應器的設計尚存在載能顆粒流動效果較差、顆粒流量及顆粒與太陽能流接觸時間不易控制、顆粒完全分解時間與顆粒停留時間不匹配，石英玻璃表面沾灰透過率較低、粘附性較強易引起反應器“炸屏”等問題，會嚴重影響太陽能光熱轉換效率。
西安交通大學一種基于鈣基循環的太陽能顆粒旋轉移動床反應器及系統。該成果能夠提高顆粒流動效果、實現顆粒分解和停留時間 的匹配和控制，降低儲能過程中的操作和維護成本。
結語
隨著基于鈣基材料化學儲能體系的研究越來越深入，粉體技術的重要性不斷凸顯。粉體網編輯認為，這一儲能體系的研究尚有潛力等待挖掘。例如，納米SiO2與CaCO3復配增加儲能壽命、Al2O3/CaO復合增強儲能穩定性、石墨烯/CaCO3復合防止燒結團聚、Mn-Fe氧化物/多孔CaCO3雜化增效節能等。
參考來源：
西咸新區融媒體中心、專利之星、粉體網、中國科學院工程熱物理研究所
孫浩，等：基于CaO/CaCO3體系的熱化學儲能研究進展，山東大學
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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