中国粉体网讯 近期，陕西金羽卫装备科技有限公司钙基新材料产业化项目一期在西咸新区秦汉新城全面投用，西安交通大学方嘉宾团队科技研发成果将在这里进行产业化应用。
据了解，此次钙基新材料产业化项目即是推动西安交通大学方嘉宾团队“一种基于可逆化学反应的高通量太阳能热化学储能系统与方法”等专利技术产业化应用。“在新材料、热化学储能研究、高精尖产品和装备技术研发领域，方嘉宾教授团队目前在全国处于领先地位。陕西金羽卫就是推动方教授团队的科研成果落地转化。”冯备战表示。
相较于传统储能方式，基于钙基热化学新材料技术的钙基热化学储能系统，具有高安全性、大规模和可移动、制造成本低等明显优势。“太阳能热化学储能技术，核心在储能方式。”冯备战介绍，“因为是热化学技术，发电的过程，就像‘生石灰’变成‘熟石灰’会产生热量，我们将太阳光释放的热量储存起来，需要用电时再将储存的热量转化成电能。由于所用材料成本低廉，加上创新的存储方式，整体发电成本就降低了。”
CaO、CaCO3储能与CSP发电的集成系统
“2024年6月，陕西金羽卫落户秦汉新城后，积极推进项目落地实施，目前开发实验室、产品展厅及办公区已全面投入使用。”陕西金羽卫总经理冯备战介绍，项目一期总面积1480平方米，总投资2000万元，主要建设技术研发中心和办公区，并联合西安交通大学设立热化学储能开发实验室，进行以钙基热化学新材料为基础的光、热、储、电一体化相关设备的研发。目前，陕西金羽卫正在推进投资1亿元的二期产线项目，预计3年内可实现年产值9000万元。
钙基材料热化学储能体系研究进展
氧化钙热化学储能体系
以氧化钙为基础的储能体系Ca(OH)2/CaO/H2O和CaCO3/CaO/CO2体系用于热化学储能领域具有明显的优势，如储能密度高、材料分布广泛、环境污染小、价格低廉等，因此钙基热化学储能系统被认为是最具应用潜力的系统之一。
不过，其中Ca(OH)2存在反应颗粒易烧结、机械性能差等缺点，且较低的储热温度也限制了其在下一代光热发电储热系统中的应用。
碳酸钙热化学储能体系
相比之下，CaCO3的储热温度与光热发电匹配性更好，且储热密度均高于Ca(OH)2。
通过在反应器中进行CaCO3的分解反应这一吸热过程把热量储存于CaO，分解热量的来源于太阳能辐射能量。生成的CaO和CO2分别在储存容器中储存，而后在碳酸化器中通过CaO的碳酸化反应释放热量，产生的CaCO3进入储存容器，完成太阳能的转化和储存。
例如，西安交通大学研究了一种开放式超临界二氧化碳储能系统及运行方法，包括火电厂单元、超临界二氧化碳储能单元、碳酸钙储热单元和微藻单元。其中，碳酸钙储热单元能够将压缩过程中的压缩热及太阳光热储存起来，并用于超临界二氧化碳膨胀前补热，属于碳酸钙体系料储能应用场景之一。
钙材料+稀土掺杂热化学储能体系
中国科学院工程热物理研究所传热传质研究中心在高性能钙基热化学储能材料开发方面开展了深入研究。科研人员采用计算和实验结合方式，通过高通量密度泛函理论计算筛选，发现掺杂稀土金属元素的钙基热化学储能材料表现出极低的过渡态反应能垒。同时，实验结果验证了掺杂稀土金属元素可以将氢氧化钙的起始反应温度降低50℃，提高了材料反应动力学性能。较低的脱水反应温度不仅可以扩大材料的适用范围，而且可以显著缓解材料的团聚和烧结问题，进而提高材料的循环稳定性。
此外，该研究基于柯肯达尔效应，采用室温搅拌、无模板低碳环保方法制备得到中空结构微纳米氧化钙材料。该材料具有快速二氧化碳吸附速率和较高的循环稳定性，且该材料中的反应几乎不受扩散阻力限制。该工作利用生物模板制备得到了具有多级孔结构的钙基热化学储能材料。该材料具有较好的二氧化碳吸附特性和循环稳定性，20次循环储能密度在2000kJ/kg以上。
储能反应器设计
然而，目前现有的热化学储能反应器的设计尚存在载能颗粒流动效果较差、颗粒流量及颗粒与太阳能流接触时间不易控制、颗粒完全分解时间与颗粒停留时间不匹配，石英玻璃表面沾灰透过率较低、粘附性较强易引起反应器“炸屏”等问题，会严重影响太阳能光热转换效率。
西安交通大学一种基于钙基循环的太阳能颗粒旋转移动床反应器及系统。该成果能够提高颗粒流动效果、实现颗粒分解和停留时间 的匹配和控制，降低储能过程中的操作和维护成本。
结语
随着基于钙基材料化学储能体系的研究越来越深入，粉体技术的重要性不断凸显。粉体网编辑认为，这一储能体系的研究尚有潜力等待挖掘。例如，纳米SiO2与CaCO3复配增加储能寿命、Al2O3/CaO复合增强储能稳定性、石墨烯/CaCO3复合防止烧结团聚、Mn-Fe氧化物/多孔CaCO3杂化增效节能等。
参考来源：
西咸新区融媒体中心、专利之星、粉体网、中国科学院工程热物理研究所
孙浩，等：基于CaO/CaCO3体系的热化学储能研究进展，山东大学
(中国粉体网编辑整理/昧光)
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