光热材料及光热储一体化材料

太阳能、绿色能源、光热和储能。

背景技术：

0、技术背景

1、太阳能是巨大的绿色能源，每天都有巨量的太阳辐射能投射到地球，但是，太阳能的波动性和季节性影响太阳能的利用率。这个问题可以用储能技术来解决。家用太阳能热水器地使用已经普及，水被广泛地用于储存低温太阳能。

2、另外，储能技术能够促进能源生产消费、灵活交易、协同发展，开放共享、推动能源革命和新能源的发展和利用，是新能源与可再生能源发展的核心支撑，储能技术的创新突破将成为带动全球能源格局革命性和颠覆性调整的重要引领技术。相比于电化学储能和电气储能等技术，储热技术在装机规模、储能密度、储能成本和使用寿命等方面具有显著的优势。与压缩空气储能和抽水蓄能相比，储热技术的储能密度高、占地面积小、成本低、对环境影响小、不受地理和环境等条件的限制。热能储存技术也是一种能量高密度高和转换高效的大容量与规模化储能方式，能够在构建以新能源为主体的新型电力系统、保障电力系统安全稳定运行以及构建清洁低碳安全高效的能源体系等领域发挥重要作用。

3、化学储热技术利用可逆热化学反应完成储热和放热；比如，石灰遇水生成熟石灰同时放出大量的热能(1400kj/kg),熟石灰受热脱水生成石灰完成储热。化学储热技术的储能密度是熔盐储热的数倍，而且可以把夏季的高温太阳能储存用于冬季，储热过程几乎无热能损失。水和熔盐储热是显热储热，有热能损失，适合于在有限的时间内储热。光热材料把光能转化为热能，是光热利用的关键因素，不同的使用目的需要不同性能的光热材料。本发明利用光热材料改性储热材料形成光热储一体化新型材料，揭示一系列新型光热材料及其与储热材料联合使用的光热储一体材料。

技术实现思路

1、槽式和蝶式等太阳能集热器都可以聚焦太阳能产生中高温热源；但是，传统的太阳能技术利用管道和导热流体传输热能，这个过程既有热能损失、也增加设备和维护成本。如果储热材料能够直接把光能转化为热能以及完成储热，就可以省去换热和热能传输过程和相关的设备，具有实际应用的优势。解决储热材料直接吸收太阳能的科学问题可以用光热材料增强吸光度和光热转化效率。光热材料有碳纤维、石墨类材料和碳粉等，还有金属氧化物，氧化铜、氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化钛和氧化锰等。

2、储热可以分为显热储热，相变储热和化学储热3种方式。显热储热的材料有水和熔盐等，化学储热的材料是可以发生可逆热化学反应的物质，比如石灰、石灰石、氢氧化镁、水合物和能够发生氧化还原反应的多价态的氧化物，如氧化铜、氧化铁、氧化镍、氧化钴和氧化锰等；合成氨反应，甲烷等。

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5、对于氢氧化物储热，脱水反应储热，水合反应放热；氢氧化锂、氢氧化镁和氢氧化钙原料丰富，最具应用前景，储热密度大于1300kj/kg，是熔盐的数倍(式1和2).与氢氧化物类似，水合物也可以发生吸水放热和脱水储热的反应，可以用于储热；比如mgso4·xh2o,na2so4·10h2o,alk(so4)2·xh2o,cacl2·xh2o,srbr2·xh2o,lioh·h2o，sr(oh)2·xh2o 等。

6、本发明利用光热材料增强储热材料的吸光度和光热转化率，同时完成储热的技术。比如，利用下面的光热材料与储热材料复合使用，得到光热储一体的储热材料，可用于储放热。本发明涉及的储热材料包括氢氧化物和水合物。所述的氢氧化物储热材料选自氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锂、氢氧化锶、硼酸和氢氧化钙；所述的水合物储热材料选自硫酸钠水合物、硫酸钙水合物、硫酸铜水合物、硫酸镁水合物、硫酸铝水合物、硫酸铝钾水合物、硫代硫酸钠水合物、碳酸钠水合物、溴化钙水合物、溴化镁水合物、氯化锂水合物、硝酸锂水合物、硝酸锌水合物、硝酸铁水合物、硝酸钙水合物、硝酸镧水合物、硝酸镁水合物、溴化锶水合物、氯化锶水合物、氯化钙水合物、氯化镁水合物、氯化镧水合物、氢氧化锂水合物、氢氧化锶水合物、氢氧化钾水合物、氯化镁水合物、氯化铁水合物、氯化铝水合物、磷酸钠水合物和磷酸氢钠水合物。

7、本发明涉及的光热材料包括：碳纤维、石墨类材料、碳黑、碳化硅、氮化硅、氮化碳、氮化铁、氧化铜、氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化钛、氧化钨、氧化锶、氧化铬、氧化锰和磷酸铁锂，光热温度见表1。

8、本发明涉及的光热材料还包括钴酸盐类：钴酸锶、钴酸锆、钴酸锂、钴酸铈、钴酸铜、钴酸锆、钴酸铁、钴酸铪、钴酸镍、钴酸镧、钴酸铁锰、钴酸铟、钴酸铜锰、钴酸镓、钴酸铁锂、钴酸铜锂、钴酸锂锰、钴酸锂镍、钴酸铁铜、这些钴酸盐与氧化钴的混合物、这些钴硅酸盐与氧化镍的混合物、这些钴酸盐与氧化铁的混合物、这些钴酸盐与氧化锰的混合物、这些钴酸盐与氧化铜的混合物以及这些钴酸盐与2种或多种这些金属氧化物的混合物；这些钴酸盐分别与碳纤维、石墨类材料、碳黑、碳化硅、氮化硅、氮化碳或者氮化铁的混合物以及这些钴酸盐与2种或多种这些化合物及金属氧化物的混合物；光热温度见表1。

9、本发明涉及的光热材料还包括硅酸盐类：硅酸锰、硅酸铜、硅酸铁、硅酸镍、硅酸钴、硅酸铪、硅酸锰锂、硅酸铜锂、硅酸铁锂、硅酸钴锂、硅酸锰铁、硅酸钴锰、硅酸钴铁、硅酸钴镍、硅酸铁铜、硅酸钴铜、硅酸铜锰、硅酸锶、硅酸锶锂、硅酸锶钴、硅酸铈、硅酸镧、硅酸镧锂、硅酸铈锂、硅酸镍锰、硅酸镍铁、硅酸铪铁、硅酸铜铈、硅酸铁铈。这些硅酸盐与氧化镍的混合物、这些硅酸盐与氧化铁的混合物、这些硅酸盐与氧化锰的混合物、这些硅酸盐与氧化钴的混合物、这些硅酸盐与氧化铜的混合物以及这些硅酸盐与2种或多种这些金属氧化物的混合物；这些硅酸盐分别与碳纤维、石墨类材料、碳黑、碳化硅、氮化硅、氮化碳或者氮化铁的混合物以及这些硅酸盐与2种或多种这些化合物及金属氧化物的混合物；光热温度见表1。

10、本发明涉及的光热材料还包括镍酸盐类：镍酸锰、镍酸铁、镍酸铪、镍酸锰锂、镍酸铁锂、镍酸铁铜、镍酸锆、镍酸镧、镍酸钴、镍酸锰钴、镍酸铁锰、镍酸钴、镍酸钴铁、这些镍酸盐与氧化镍的混合物、这些镍酸盐与氧化铁的混合物、这些镍酸盐与氧化锰的混合物、这些镍酸盐与氧化钴的混合物、这些镍酸盐与氧化铜的混合物以及这些镍酸盐与2种或多种这些金属氧化物的混合物；这些镍酸盐分别与碳纤维、石墨类材料、碳黑、碳化硅、氮化硅、氮化碳或者氮化铁的混合物以及这些镍酸盐与2种或多种这些化合物及金属氧化物的混合物；光热温度见表1。

11、本发明涉及的光热材料还包括锰酸盐类：锰酸铈、锰酸锶、锰酸铜、锰酸镧、锰酸镧铁、锰酸镧铜、锰酸铁锂、锰酸铁铜、锰酸锂铜、锰酸锆、锰酸铪、锰酸铁、锰酸铁锂、锰酸铁铪以及这些锰酸盐与锰氧化物、这些锰酸盐与氧化镍的混合物、这些锰酸盐与铁氧化物的混合物、这些锰酸盐与氧化钴的混合物、这些锰酸盐与氧化铜的混合物以及这些锰酸盐与2种或多种这些金属氧化物的混合物；这些锰酸盐分别与碳纤维、石墨类材料、碳黑、碳化硅、氮化硅、氮化碳或者氮化铁的混合物以及这些锰酸盐与2种或多种这些化合物及金属氧化物的混合物；光热温度见表1。

12、本发明涉及的光热材料还包括铁酸盐类：铁酸铈、铁酸锶、铁酸锂、铁酸镍、铁酸铜、铁酸锂铜、铁酸锆、铁酸铪、铁酸锰、铁酸锶锰、铁酸锶铜、铁酸镧、铁酸铈锂、铁酸锰铜、铁酸锰锂、铁酸镧锂、铁酸锆锂、铁酸锆铜、铁酸铪铜、铁酸钴、铁酸钴锰、铁酸钴铜、这些铁酸盐与铁氧化物的混合物、这些铁酸盐与锰氧化物、这些铁酸盐与氧化镍的混合物、这些铁酸盐与氧化钴的混合物、这些铁酸盐与氧化铜的混合物以及这些铁酸盐与2种或多种这些金属氧化物的混合物；这些铁酸盐分别与碳纤维、石墨类材料、碳黑、碳化硅、氮化硅、氮化碳或者氮化铁的混合物以及这些铁酸盐与2种或多种这些化合物及金属氧化物的混合物；光热温度见表1。

13、本发明涉及的光热材料还包括铜酸盐类：铜酸铈、铜酸锶、铜酸铁锂、铜酸铁钴、铜酸锂、铜酸锆、铜酸铪、铜酸钴、铜酸钴锶、铜酸锰、铜酸锰铁、铜酸锰钴、铜酸镧、铜酸镍以及这些铜酸盐与铜氧化物的混合物、这些铜酸盐与铁氧化物的混合物、这些铜酸盐与锰氧化物的混合物、这些铜酸盐与氧化镍的混合物、这些铜酸盐与氧化钴的混合物以及这些铜酸盐与2种或多种这些金属氧化物的混合物；这些铜酸盐分别与碳纤维、石墨类材料、碳黑、碳化硅、氮化硅、氮化碳或者氮化铁的混合物以及这些铜酸盐与2种或多种这些化合物及金属氧化物的混合物；用氙灯照射光热温度见表1。优选使用纳米光热材料。

14、上述光热材料与所述的储热材料混合得到复合材料，这些复合材料也就是光热储一体化材料，能够吸收太阳能，吸收太阳能后温度升高发生脱水反应完成储热。所述的储热材料选自氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锂、氢氧化锶、硼酸和氢氧化钙、硫酸钠水合物、硫酸钙水合物、硫酸铜水合物、硫酸镁水合物、硫酸铝水合物、硫酸铝钾水合物、硫酸铁水合物、碳酸钠水合物、氯化钙水合物、溴化锶水合物、硝酸铁水合物、硝酸锰水合物、硝酸钙水合物、硝酸镁水合物、氢氧化锂水合物、氢氧化锶水合物、氯化镁水合物、氯化铁水合物、氯化铝水合物、磷酸钠水合物和磷酸氢钠水合物。光热材料可以是上述光热材料的1种、2种或多种混合使用，储热材料也可以是上述储热材料的1种、2种或多种混合使用；光热材料促进储热材料吸收太阳能和储存太阳能。光热储一体化材料，光热材料的质量占比2—45％。用氙灯照射光热储一体化材料的光热温度见表2。

15、表1.光热材料和光热温度

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18、表2.光热储材料和光热温度

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