氯化钙/硅胶复合吸附剂稳定性增强及其在低品位热能存储中的应用研究

为解决低品位热能存储(TES)中复合吸附剂的结构不稳定问题，研究人员通过优化CaCl2/硅胶复合材料的制备工艺（包括DRY、WET和AB三种浸渍技术），显著提升了材料的稳定性和热化学性能。研究表明，湿法(WET)和气雾法(AB)浸渍能有效改善盐分布均匀性，减少潮解现象，其中AB法制备的样品吸附热达867.38±43.37 J/g。该研究为建筑领域高效TES系统开发提供了关键材料优化策略。

　　

在全球能源转型背景下，如何高效存储低品位热能（如太阳能余热、工业废热）成为制约可再生能源利用的关键瓶颈。传统热化学储能材料虽具有高能量密度优势，却普遍面临盐类潮解(deliquescence)、结构坍塌等稳定性问题。以氯化钙(CaCl₂)为例，其理论储能密度可达1400 J/g，但纯盐在循环过程中会出现膨胀、团聚等现象，严重影响实际应用。

为突破这一技术壁垒，研究人员聚焦于复合盐多孔基质材料(CSPM)的开发。通过将CaCl₂负载于介孔硅胶(SG)载体，既能保留盐的高储能特性，又可利用多孔结构抑制盐结晶破坏。研究团队系统比较了干法(DRY)、湿法(WET)和气雾法(AB)三种浸渍技术对材料性能的影响，首次揭示了制备工艺-微观结构-储能性能的构效关系。

关键技术方法包括：1）采用氮气吸附(BET)和扫描电镜(SEM)表征材料孔隙结构与形貌；2）动态蒸汽吸附系统(DVS)测定不同水蒸气压力下的吸附等温线；3）同步热分析仪(STA)在模拟建筑供暖工况下（充电85°C/放电30°C）测量吸附热。

【3.1.1 复合材料的形态、结构和物理性质】
通过BET测试发现，随着CaCl₂负载量从20wt%增至30wt%，硅胶的孔体积从0.709 cm³/g降至0.549 cm³/g。SEM显示DRY法制备的30%样品表面出现明显盐结晶和裂纹，而AB法样品因雾化分散作用保持了完整球形结构。

【3.1.2 复合材料吸附热化学行为】
DVS等温线表明，所有复合材料在60-80°C区间均出现二水合物(CaCl₂·2H₂O)特征平台。30%负载量的样品在STA测试中展现最高吸附热（1403.49±70.17 J/g），但暴露空气1小时后出现38.6%质量增加的潮解现象。

【3.2.3 实际边界条件下的储能性能】
在模拟建筑供暖工况的STA测试中，WET法样品表现出最佳综合性能：吸附热达938.39±46.92 J/g，且通过Dubinin-Astakhov模型拟合证实其最大吸附容量(w₀)达1.1272 g/g，优于DRY法的0.9556 g/g。

该研究创新性地证明，浸渍工艺的优化可显著提升复合吸附剂的工程适用性。湿法浸渍因增加水用量促进了盐的均匀分布，而气雾法通过微米级雾化进一步减少了表面盐结晶。这些发现为开发兼具高储能密度和长期稳定性的TES材料提供了新思路，尤其对推动建筑领域的太阳能季节性储能技术具有重要价值。论文成果发表于《Journal of Energy Storage》，为国际能源存储领域的技术进步贡献了关键实验依据。