一种辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池

本发明涉及热储能领域，具体涉及一种辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池。

背景技术：

1、新能源电力(风电及光伏)具有波动性和间歇性，难以直接并入电网，这造成了严重的弃风和弃光的现象。储能技术能够解决能源供应和需求在时间上和空间上的差别，匹配各种能源需求的缺口，解决发电随机性和波动性的问题，是实现电网安全稳定、新能源电力平滑输出的重要手段。储能系统应该具备的功能如下：

2、目前大规模储能技术主要有三个发展方向：一是机械储能，包括抽水蓄能和压缩空气储能，二者较为成熟，但在实际应用却受制于地理条件特殊要求；二是电化学储能，电化学储能能量密度高、循环特性好，在移动设备及汽车行业应用成熟，但在规模化应用中高成本及安全性问题仍难以突破；三是热储能技术，热储能技术通过显热或潜热形式将能量储存于储热介质。相比于前两项技术，热储能无地域限制，储热介质可采用低成本常规材料，在规模化应用中具有显著可靠性和成本优势。

3、然而热储能应用面临一个重要瓶颈问题：储能密度低。通过高温甚至超高温储热可有效提高储热能量密度。采用硅作为相变储热介质，温度达到1400度时，热储能密度可达到1300kwh/m3，是电化学储能的3倍。但是高温的工作环境也给材料性能和系统设计带来极其苛刻的要求，储热材料设计和热系统设计都极为困难。

4、总体来看，热储能技术与可再生能源和智能电网的发展密切相关，在提高能源利用效率方面发挥关键作用，应用前景广阔。但是受限于储热材料的热导率，储热储能的放电功率以及热电转化效率和放电功率一般不太高

技术实现思路

1、针对上述问题，现提供一种辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，旨在利用氧化物高相变潜热的特性提高储能密度，利用半透明材料在高温时介质内辐射参与热传递的特性提高功率密度，利用热光伏的光电效应实现低成本、高效率的热电转化，从而实现对富余电能的储存和转化。

2、具体技术方案如下：

3、本发明的第一个方面是提供一种辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，包括：

4、加热模块；

5、辐射模块，用于在加热模块加热下对外发出红外辐射能量；

6、储能模块，用于接收辐射模块的红外辐射能量并储能；

7、热电转换模块，用于接收储能模块能量并对外转化为电能；以及

8、保温模块，用于保持环境温度，加热模块、辐射模块、储能模块、热电转换模块安装于保温模块上；

9、其中，当电能富余时加热模块接入电路，储能模块接收辐射模块的红外辐射能量并储能；当电能不足时热电转换模块接收储能模块能量并对外转化为电能。

10、进一步的，加热模块为电加热丝。

11、进一步的，辐射模块由导电陶瓷制成，辐射模块安装于加热模块的外围。

12、进一步的，储能模块包括储热罐及填充于储热罐内的相变蓄热材料。

13、进一步的，相变蓄热材料为红外半透明材料。

14、进一步的，相变蓄热材料由氧化铝、氧化锆、氧化钛、硫化物或氟化物制成。

15、进一步的，热电转换模块包括热光伏电池及用于对热光伏电池进行冷却的冷却部件。

16、进一步的，保温模块包括上真空腔体、下真空腔体、上隔热层、下隔热层、中隔热层、上隔热板、下隔热板，上真空腔体可拆式的安装于下真空腔体上，上隔热层、中隔热层及下隔热层由上及下安装于上真空腔体及下真空腔体之间，且上隔热层、中隔热层及下隔热层中具有放热通道，上隔热板及下隔热板对应滑动连接于上真空腔体及下真空腔体上，储能模块安装于中隔热层上，热电转换模块安装于下隔热层上；

17、其中，当电能富余时加热模块接入电路，上隔热板滑动并使放热通道的上部开启，储能模块接收辐射模块的红外辐射能量并储能；

18、当电能不足时上隔热板滑动并关闭放热通道的上部，下隔热板并使放热通道的下部开启，热电转换模块接收储能模块能量并对外转化为电能。

19、上述方案的有益效果是：

20、1)本发明为高温潜热储热系统，能利用储热材料的相变潜热，相比于传统储能技术能大幅提高储能密度；

21、2)本发明利用了储热材料的红外透明的光学特性，增加了储能系统放热速率和输出功率；

22、3)本发明采用超高温储热材料，采用光谱调节调控发射光谱谱形，降低带外发射，从而能大幅提高光伏板热电转化效率；

23、4)本发明采用非接触式换热方式，体积小、无噪音、使用寿命长、无环境限制。

技术特征：

1.一种辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，其特征在于，所述加热模块为电加热丝。

3.根据权利要求1所述的辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，其特征在于，所述辐射模块由导电陶瓷制成，所述辐射模块安装于所述加热模块的外围。

4.根据权利要求1所述的辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，其特征在于，所述储能模块包括储热罐及填充于所述储热罐内的相变蓄热材料。

5.根据权利要求4所述的辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，其特征在于，所述相变蓄热材料为红外半透明材料。

6.根据权利要求5所述的辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，其特征在于，所述相变蓄热材料由氧化铝、氧化锆、氧化钛、硫化物或氟化物制成。

7.根据权利要求1所述的辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，其特征在于，所述热电转换模块包括热光伏电池及用于对所述热光伏电池进行冷却的冷却部件。

8.根据权利要求1-7任一项所述的辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，其特征在于，所述保温模块包括上真空腔体、下真空腔体、上隔热层、下隔热层、中隔热层、上隔热板、下隔热板，所述上真空腔体可拆式的安装于所述下真空腔体上，所述上隔热层、所述中隔热层及所述下隔热层由上及下安装于所述上真空腔体及所述下真空腔体之间，且所述上隔热层、所述中隔热层及所述下隔热层中具有放热通道，所述上隔热板及所述下隔热板对应滑动连接于所述上真空腔体及所述下真空腔体上，所述储能模块安装于所述中隔热层上，所述热电转换模块安装于所述下隔热层上；

技术总结
本发明涉及一种辐射强化传热的相变式超高温快速充放热电池，其包括：加热模块；辐射模块，用于在加热模块加热下对外发出红外辐射能量；储能模块，用于接收辐射模块的红外辐射能量并储能；热电转换模块，用于接收储能模块能量并对外转化为电能；以及保温模块，用于保持环境温度，加热模块、辐射模块、储能模块、热电转换模块安装于保温模块上。1)本发明为高温潜热储热系统，能利用储热材料的相变潜热，相比于传统储能技术能大幅提高储能密度；2)本发明利用了储热材料的红外透明的光学特性，增加了储能系统放热速率和输出功率；3)本发明采用超高温储热材料，采用光谱调节调控发射光谱谱形，降低带外发射，从而能大幅提高光伏板热电转化效率。

技术研发人员：刘辉东,刘抗,雷伟民,王桢源
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17