水合盐热化学储热材料的研究概述

热化学储热材料是通过化学反应过程中化学键的破坏与重组来实现热能的储存与释放.与其他储热材料相比,热化学储热材料具有储热密度高、长周期稳定储热等优势.水合盐热化学储热材料可以高效储存太阳能和工业余热等中低温热源,在热化学储热领域具有很高的关注度.纯水合盐材料(如LiCl、LiBr、CaCl2)液解相对湿度较低,水合(脱水)反应包含固-气水合(脱水)反应、气-液-固三相液解(结晶)、液-气吸收三个过程,这种循环过程可显著提高水合盐的储热密度.若吸水量控制不佳则易引起严重的传质和腐蚀问题.对于液解相对湿度较高、储热密度较高的水合盐,如SrBr2和MgSO4,其传热性能差、孔隙率和渗透率低.将水合盐嵌入多孔基质中形成多孔基质水合盐复合储热材料可进一步强化其传热,并同时解决水合盐的潮解结块问题.近年来,人们对多孔基质水合盐复合储热材料进行了深入研究,获得了多种储热密度高、具有良好循环稳定性的复合储热材料.多孔基质水合盐复合储热材料设计过程中,多孔基质的选择尤为重要.目前研究的热点主要集中于膨胀石墨、沸石、蛭石、硅胶、活性氧化硅等.将LiCl和膨胀石墨(EG)制成的复合材料用于10 kWh的低温热化学吸附储热装置中,系统的储热密度高达3142 kJ/kg;以活性氧化铝(AA)为多孔基质、LiCl为嵌入盐制得了一种新型复合材料(AL),其中AL25(盐含量为14.68％,质量分数)复合材料的结构稳定,储热性能最优,具有最高的储热密度为1041.5 kJ/kg,充热温度为120℃;在不使用多孔基质的条件下,MgCl2·MgSO4二元水合盐在超过50次循环实验后,仍保持良好的性能,说明其具有非常高的循环稳定性.本文基于反应动力学、平衡吸附量和化学反应平衡等理论,从传热和传质性能、循环稳定性和储热密度等方面综述了水合盐热化学储热材料的研究成果,探讨了水合盐热化学储热材料存在的问题,以期为开发高效水合盐热化学储热材料提供参考.