蓄热储能熔盐材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种蓄热储能熔盐材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、熔盐是指熔融态下的液体盐，工程中使用的熔盐通常指无机盐熔融体。熔盐具有高沸点、低粘度、低蒸汽压力和高体积热的特点，是一种优良的蓄热储热介质。熔盐储能技术是利用熔盐在升温和降温过程中的温差实现热能存储。在应用领域，人们通常利用熔盐的特性，将光热发电与熔盐蓄热储能技术相结合，可实现24小时稳定持续供电，具有可调节、对电网更友好、兼容性更强，是最有条件担当基础电力负荷的新能源，高温熔融盐主要有硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氟化物、氯化物、氧化物等。

2、在众多的蓄热材料中，熔盐是目前研究和应用较多的一种，既能作为潜热蓄热材料，又能作为显热材料应用于光热发电中，具有较多其他蓄热材料没有的特点，因此引起国内外学者的广泛关注和研究。

3、cn111410938a公开了一种二元熔盐及其制备方法，所述二元熔盐为硝酸盐体系二元熔盐，包括质量比为4:6的硝酸钾和硝酸钠。cn107057654a公开了一种混合硝酸盐传热蓄热工质，由ca(no3)2、kno3、nano3和lino3组成。

4、cn115558470a公开了一种硝酸盐改性钙基热化学储能材料，该材料由氢氧化钙和金属硝酸盐经湿法混合而得。该材料蓄热所需运行温度降低。cn115746798a公开了一种具有高储能密度的熔盐材料及其制备方法，包括以下步骤：制备改性的陶瓷粉末；脱水的kno3粉末、脱水的nano2粉末、脱水的kno2粉末和改性的陶瓷粉末混合搅拌、加热，静态熔融，得到硝酸熔盐混合体系；石墨、氧化石墨烯、酚醛树脂粘结剂和中间相碳微球经过混捏、炭化、纯化，得到纯化后的石墨混合物；纯化后的石墨混合物、纳米银和水滑石粉末混合，得到石墨混合物；石墨混合物静压制备得到石墨块；石墨块和硝酸熔盐混合体系浸渗，得到熔盐材料。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种蓄热储能熔盐材料，其蓄热所需运行温度较低，进一步地，其储能放能效率较高。再有，其可以采用自然配分的硝酸镧铈，可以因地制宜，降低成本。本发明的另一个目的在于提供一种上述蓄热储能熔盐材料的制备方法。本发明的再一个目的在于提供一种蓄热储能熔盐材料的应用。

2、一方面，本发明提供一种蓄热储能熔盐材料，所述蓄热储能熔盐材料由包括10～12重量份的稀土硝酸盐-铝硅酸钠复合材料、70～80重量份的钙基改性稀土硝酸盐和8～10重量份的硝酸钾的原料形成；

3、所述稀土硝酸盐-铝硅酸钠复合材料由包括负载改性稀土硝酸盐的铝硅酸钠陶瓷和氧化石墨烯的原料形成；其中，氧化石墨烯和负载改性稀土硝酸盐的铝硅酸钠陶瓷的质量比为4～5:11～15；

4、所述负载改性稀土硝酸盐的铝硅酸钠陶瓷由包括铝硅酸钠陶瓷和改性稀土硝酸盐的原料形成；其中，铝硅酸钠陶瓷和改性稀土硝酸盐的质量比为3～4:5～7；所述改性稀土硝酸盐为钙基改性稀土硝酸盐；

5、所述钙基改性稀土硝酸盐为由氢氧化钙和稀土硝酸盐形成，其中，氢氧化钙与稀土硝酸盐的质量比为0.8～1.2:3～3.5；

6、其中，稀土硝酸盐中的稀土元素选自镧元素和/或铈元素。

7、根据本发明所述的蓄热储能熔盐材料，优选地，所述蓄热储能熔盐材料仅由10～12重量份的稀土硝酸盐-铝硅酸钠复合材料、70～80重量份的钙基改性稀土硝酸盐和8～10重量份的硝酸钾形成。

8、另一方面，本发明还提供一种如上所述的蓄热储能熔盐材料的制备方法，包括以下步骤：

9、1）形成所述钙基改性稀土硝酸盐；

10、2）形成所述稀土硝酸盐-铝硅酸钠复合材料；

11、3）将所述稀土硝酸盐-铝硅酸钠复合材料、所述钙基改性稀土硝酸盐和所述硝酸钾混合，熔化，冷却固化，研磨，形成蓄热储能熔盐材料。

12、根据本发明所述的制备方法，优选地，步骤1）包括以下具体步骤：

13、将氢氧化钙和稀土硝酸盐混合，干燥，在400～600℃下焙烧，研磨，得到钙基改性稀土硝酸盐；其中，氢氧化钙与稀土硝酸盐的质量比为0.8～1.2:3～3.5。

14、根据本发明所述的制备方法，优选地，步骤2）包括以下具体步骤：

15、（a）将铝硅酸钠与氧化钙混合，压实，干燥，在1000～1200℃下烧结4～8h，得到铝硅酸钠陶瓷；其中，铝硅酸钠和氧化钙的质量比为7～8:9～12；

16、（b）将铝硅酸钠陶瓷和改性稀土硝酸盐分别放置于两个坩埚中，然后在260～300℃下焙烧15～30min，冷却后将铝硅酸钠陶瓷转移到改性稀土硝酸盐粉末中混合，得到物料a；在260～300℃下将物料a持续加热40～80min，再冷却，打磨混合物表面，得到负载改性稀土硝酸盐的铝硅酸钠陶瓷；其中，铝硅酸钠陶瓷和改性稀土硝酸盐的质量比为3～4:5～7；所述改性稀土硝酸盐为钙基改性稀土硝酸盐；

17、（c）将负载改性稀土硝酸盐的铝硅酸钠陶瓷加入到酸性氧化石墨烯水溶液中混合，在120～130℃下加热2～5h，然后过滤、洗涤和干燥，得到稀土硝酸盐-铝硅酸钠复合材料；其中，氧化石墨烯和负载改性稀土硝酸盐的铝硅酸钠陶瓷的质量比为4～5:11～15；酸性氧化石墨烯水溶液中，氧化石墨烯的浓度为0.4～0.6mg/ml。

18、根据本发明所述的制备方法，优选地，酸性氧化石墨烯水溶液为将氧化石墨烯水溶液添加助剂、无机酸得到的；其中，所述助剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种；所述无机酸选自盐酸、氢溴酸、氢碘酸中的一种或多种；以氧化石墨烯的质量为基准，助剂的用量为10～12wt%，无机酸的用量为3～5wt%。

19、根据本发明所述的制备方法，优选地，所述助剂为十二烷基磺酸钠。

20、根据本发明所述的制备方法，优选地，所述无机酸为氢碘酸或氢溴酸。

21、根据本发明所述的制备方法，优选地，步骤3）包括以下具体步骤：

22、将烘干后的稀土硝酸盐-铝硅酸钠复合材料、钙基改性稀土硝酸盐和硝酸钾混合，在80～90℃下预熔化2～3h，然后在100～120℃下熔化25～40min，冷却固化，粉碎并研磨为100～200目的粉末，得到蓄热储能熔盐材料。

23、再一方面，本发明还提供如上所述的蓄热储能熔盐材料作为蓄热储能材料在光热发电中的应用。

24、本发明主要利用稀土镧铈硝酸盐，并对其进行改性，所得到的蓄热储能熔盐材料蓄热所需运行温度较低，储能放能效率较高。再有，其可以采用自然配分的硝酸镧铈，可以利用当地的丰富的稀土镧铈资源因地制宜，降低成本。此外，本发明可以在硝酸镧铈自然配分的基础上，通过添加硝酸镧或硝酸铈改变配分，在一定范围内调节熔盐的工作温度，更好地适应不同使用工艺的需求。

25、

技术特征：

1.一种蓄热储能熔盐材料，其特征在于，所述蓄热储能熔盐材料由包括10～12重量份的稀土硝酸盐-铝硅酸钠复合材料、70～80重量份的钙基改性稀土硝酸盐和8～10重量份的硝酸钾的原料形成；

2.根据权利要求1所述的蓄热储能熔盐材料，其特征在于，所述蓄热储能熔盐材料仅由10～12重量份的稀土硝酸盐-铝硅酸钠复合材料、70～80重量份的钙基改性稀土硝酸盐和8～10重量份的硝酸钾形成。

3.根据权利要求1或2所述的蓄热储能熔盐材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1）包括以下具体步骤：

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2）包括以下具体步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，酸性氧化石墨烯水溶液为将氧化石墨烯水溶液添加助剂、无机酸得到的；其中，所述助剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种；所述无机酸选自盐酸、氢溴酸、氢碘酸中的一种或多种；以氧化石墨烯的质量为基准，助剂的用量为9～12wt%，无机酸的用量为3～5wt%。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述助剂为十二烷基磺酸钠。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述无机酸为氢碘酸或氢溴酸。

9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3）包括以下具体步骤：

10.根据权利要求1或2所述的蓄热储能熔盐材料作为蓄热储能材料在光热发电中的应用。

技术总结
本发明公开了一种蓄热储能熔盐材料及其制备方法和应用，所述蓄热储能熔盐材料由包括10～12重量份的稀土硝酸盐‑铝硅酸钠复合材料、70～80重量份的钙基改性稀土硝酸盐和8～10重量份的硝酸钾的原料形成；所述稀土硝酸盐‑铝硅酸钠复合材料由包括负载改性稀土硝酸盐的铝硅酸钠陶瓷和氧化石墨烯的原料形成；所述钙基改性稀土硝酸盐为由氢氧化钙和稀土硝酸盐形成；稀土硝酸盐中的稀土元素选自镧元素和/或铈元素。本发明的蓄热储能熔盐材料蓄热所需运行温度低，其储能放能效率较高。

技术研发人员：张耀,周司鹏,赵文强,李龙
受保护的技术使用者：包头天石稀土新材料有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13