微波辅助再生MgO/Mg(OH)2体系：突破氢氧化物基热化学储热技术瓶颈

研究人员针对氢氧化物基热化学储热系统（TCES）中Mg(OH)2脱水温度高、动力学缓慢的难题，创新性地采用微波辅助加热结合膨胀石墨（EG）添加剂，成功将脱水温度从350°C降至300°C并实现脱水速率翻倍。该研究为提升可再生能源整合效率及工业废热利用提供了低能耗解决方案，每千克Mg(OH)2脱水可减少1.91 kg CO2排放，具有显著的环境与能源效益。

　　

在全球能源转型背景下，如何高效存储间歇性可再生能源成为关键挑战。热化学储能（TCES）因其高能量密度和长期存储能力备受关注，其中镁基氢氧化物（Mg(OH)₂/MgO）体系因原料丰富、无毒且理论储热密度达1400 kJ/kg成为研究热点。然而，传统电炉加热需350°C高温且耗时长达数小时，严重制约其实际应用。英国伯明翰大学能源存储中心（Birmingham Centre for Energy Storage, University of Birmingham）的Yi Wang团队在《Journal of Energy Storage》发表研究，通过微波辅助再生技术结合膨胀石墨（EG）添加剂，成功突破这一技术瓶颈。

研究采用微波马弗炉（PYRO Advanced Microwave Muffle Furnace）与常规电炉对比实验，通过掺入2-4 wt% EG提升材料介电常数与热导率，系统测试了5-40 g级样品在300-350°C下的脱水动力学。关键发现包括：微波加热使脱水温度降低50°C，EG的加入形成导热网络和局域热点，20 g样品在300°C下2小时内完成脱水，较电炉节省2.89 kWh/kg能量；基于碳足迹分析，每千克脱水过程减少1.91 kg CO₂排放。

3.1 常规加热温度效应

5 g纯Mg(OH)₂在350°C才实现完全脱水，而250-300°C仅部分反应，证实高温是传统方法的必要但高耗能条件。

3.2 微波与电炉加热对比

微波对纯Mg(OH)₂脱水提升有限（5 g样品60分钟转化率82% vs 电炉50%），凸显其介电损耗低的固有缺陷。

3.3 EG的协同效应

添加2 wt% EG后，微波脱水速率显著提升，20 g样品在300°C下120分钟完全转化，归因于EG的微波吸收（ε_r≈16-18）与导热网络双重作用。

3.5 能耗与排放

微波+EG组合使1 kg Mg(OH)₂脱水能耗降至1.59 kWh，对应CO₂排放1.59 kg，较传统电炉（3.50 kg）减排54%。

该研究首次证实微波-EG协同可同时降低反应温度与能耗，为TCES系统规模化应用提供新思路。未来需在反应器集成与循环稳定性方面深化研究，以推动该技术向工业级储热解决方案迈进。