上海市太阳能学会

赵长颖教授等：TiO₂掺杂CaCO₃/CaO的抗烧结能力和循环稳定性实验及研究

热化学储能是一种在环境温度下，可以理论上基于无限的时间和距离存储太阳能的方式，具有较高的储能密度。解决太阳能开发利用相关问题的解决方案之一就是将聚光太阳能发电技术和热化学储能技术结合。

近日，上海交通大学赵长颖教授等在Energy期刊上发表题为《Reaction Performance of CaCO₃/CaO Thermochemical Energy Storage with TiO₂ Dopant and Experimental Study in a Fixed-Bed Reactor》的论文。论文指出，TiO₂掺杂可以提升CaCO₃的抗烧结能力和循环稳定性，在较低温度下可以促进脱碳，结果表明其在850℃条件下获得更高的转化率 (0.506)。

TiO₂掺杂CaCO₃对于未来聚光太阳能发电厂的热化学储能技术商业应用有着重大意义。

CaCO₃/CaO可逆反应是有潜力应用于聚光太阳能发电厂的一种热化学储能技术，但是由于烧结的发生，导致该反应对其反应性能和循环稳定性不佳。

赵长颖教授等研究人员使用同步热分析仪，系统地分析了使用TiO₂ 掺杂的CaCO₃/CaO反应材料的热化学储能系统的性能。比较了N₂和CO₂气氛中，掺杂和不掺杂TiO₂的热化学储热材料在脱碳过程的反应动力学。此外，在固定反应器中分析了CaCO₃/CaO热化学储能系统的性能。

下图为高温热化学固定床反应器示意图，其中反应室直径为7.9cm，深度为18.2cm。研究人员发现掺杂TiO₂可以提高CaCO₃的抗烧结能力和循环稳定性，最佳掺杂比例为2.5mol%，此时储能密度为1256.68 kJ/kgsample，在循环30次后提高2.26倍。此外，掺杂TiO₂可以在CO₂氛围中降低储能材料的活化能和初始脱碳温度。在固定反应床的放热实验中，研究人员发现550℃时，最大放热温差达到309.83℃，在750℃条件下，最高绝对温度达到848.7℃。TiO₂掺杂处理可以在较低温度下促进脱碳，在850℃条件下获得更高的转化率(0.506)。

图：高温热化学固定床反应器示意图

王如竹教授团队：太阳能“光-热转换-传输-存储”的一体化高温储能

相变材料通过自身相态转变过程中潜热的吸收和释放进行热能存储与供能，具有储热密度高、材料范围广、工作温度稳定等特点。然而，以固-液相变为代表的传统PCM存在热导率低、易泄露、相分离和过冷度大等问题，严重制约了相变材料在可再生能源储能、建筑节能、电子器件热管理等方面的发展与应用，近年来国内外学者在相变储热材料的制备、热物性、热性能及应用方面开展了广泛深入的探索。

近日，上海交通大学制冷与低温工程研究所王如竹教授和李廷贤研究员领衔的“能源-空气-水”ITEWA创新团队在能源材料领域期刊Energy Storage Materials上发表了综述论文。论文提出了垂直阵列网状石墨纳米骨架的高导热/导电的功能型相变储热复合材料的制备方法和太阳能光/电-热转换、收集及存储的一体化相变储能装置的协同强化热设计新思路。

基于功能型相变储热复合材料的太阳能光/电-热转换与存储

该设计成功实现了无聚光条件下相变温度高达186℃的太阳能“光-热转换-传输-存储”的一体化高温储能以及超低电压(<0.34>92%），其传热元件能实现33.5W/m·K的高径向热导率，为高效太阳光/电-热转换、存储和利用提供了新的研究前景。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.07.019