儲(chǔ)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(chǔ)能具有儲(chǔ)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、太陽能熱儲(chǔ)存、建筑供暖、谷電調(diào)峰等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。制約鈣基熱化學(xué)儲(chǔ)能體系大規(guī)模應(yīng)用的重要因素是材料高溫反應(yīng)易團(tuán)聚和燒結(jié)，造成循環(huán)穩(wěn)定性不足。目前，高性能材料挖掘普遍為經(jīng)驗(yàn)性試錯(cuò)式開發(fā)，缺乏內(nèi)在規(guī)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(chǔ)能材料開發(fā)方面開展了深入研究?？蒲腥藛T采用計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)合方式，通過高通量密度泛函理論計(jì)算篩選，發(fā)現(xiàn)摻雜稀土金屬元素的鈣基熱化學(xué)儲(chǔ)能材料表現(xiàn)出極低的過渡態(tài)反應(yīng)能壘。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了摻雜稀土金屬元素可以將氫氧化鈣的起始反應(yīng)溫度降低50 ℃，提高了材料反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能。較低的脫水反應(yīng)溫度不僅可以擴(kuò)大材料的適用范圍，而且可以顯著緩解材料的團(tuán)聚和燒結(jié)問題，進(jìn)而提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性。?

此外，該研究基于柯肯達(dá)爾效應(yīng)，采用室溫?cái)嚢?、無模板低碳環(huán)保方法制備得到中空結(jié)構(gòu)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(wěn)定性，且該材料中的反應(yīng)幾乎不受擴(kuò)散阻力限制。該工作利用生物模板制備得到了具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的鈣基熱化學(xué)儲(chǔ)能材料。該材料具有較好的二氧化碳吸附特性和循環(huán)穩(wěn)定性，20次循環(huán)儲(chǔ)能密度在2000 kJ/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(dá)峰與碳中和科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金重大科技示范項(xiàng)目的支持。