儲能是利用間歇性和波動(dòng)性能源的重要支撐技術(shù)。鈣基熱化學(xué)儲能具有儲能密度高、熱損失小、材料廉價(jià)等優(yōu)勢，在工業(yè)余熱回收、太陽(yáng)能熱儲存、建筑供暖、谷電調峰等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。制約鈣基熱化學(xué)儲能體系大規模應用的重要因素是材料高溫反應易團聚和燒結，造成循環(huán)穩定性不足。目前，高性能材料挖掘普遍為經(jīng)驗性試錯式開(kāi)發(fā)，缺乏內在規律的解讀。
　　
　　中國科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心在高性能鈣基熱化學(xué)儲能材料開(kāi)發(fā)方面開(kāi)展了深入研究?？蒲腥藛T采用計算和實(shí)驗結合方式，通過(guò)高通量密度泛函理論計算篩選，發(fā)現摻雜稀土金屬元素的鈣基熱化學(xué)儲能材料表現出極低的過(guò)渡態(tài)反應能壘。同時(shí)，實(shí)驗結果驗證了摻雜稀土金屬元素可以將氫氧化鈣的起始反應溫度降低50℃，提高了材料反應動(dòng)力學(xué)性能。較低的脫水反應溫度不僅可以擴大材料的適用范圍，而且可以顯著(zhù)緩解材料的團聚和燒結問(wèn)題，進(jìn)而提高材料的循環(huán)穩定性。
　　
　　此外，該研究基于柯肯達爾效應，采用室溫攪拌、無(wú)模板低碳環(huán)保方法制備得到中空結構微納米氧化鈣材料。該材料具有快速二氧化碳吸附速率和較高的循環(huán)穩定性，且該材料中的反應幾乎不受擴散阻力限制。該工作利用生物模板制備得到了具有多級孔結構的鈣基熱化學(xué)儲能材料。該材料具有較好的二氧化碳吸附特性和循環(huán)穩定性，20次循環(huán)儲能密度在2000kJ/kg以上。
　　
　　相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和江蘇省碳達峰與碳中和科技創(chuàng )新專(zhuān)項資金重大科技示范項目的支持。
　　
　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472306206X?via%3Dihub　

　　　圖1.（a）過(guò)渡態(tài)計算過(guò)程示意圖，（b）研究元素在元素周期表中的位置，（c）不同元素修飾下氫氧化鈣脫水反應的過(guò)渡態(tài)能壘

圖2.（a）不同元素修飾對儲能密度的影響，（b）本研究工作與文獻中對比

　　

　　圖3.（a）樣品的制備過(guò)程，（b）合成樣品的SEM和（c）TEM圖像，（d）Ca80Mg20復合吸附劑的FESEM和各元素分布的Mapping圖像
　　

圖4.中空樣品Ca90Si10的形態(tài)特征：（a-b）SEM圖，（c）TEM圖，（d）HAADF-STEM圖與（e）EDX圖和Ca、Si和O元素線(xiàn)掃描分析

　　
　　資料來(lái)源：工程熱物理研究所