一种具有热化学储能性能的四氧化三钴的制备方法及产品技术

本发明专利技术公开一种具有热化学储能性能的四氧化三钴的制备方法及产品。具体包括以下步骤：将乙酸钴、尿素和分散剂混合，加水，得到混合溶液，在150‑180℃条件下水热反应10‑12h，离心，洗涤，干燥，得到粉红色前驱体碳酸钴；将所得前驱体碳酸钴在500‑600℃条件下煅烧10‑12h，得到黑色物质，即四氧化三钴。本发明专利技术制备的四氧化三钴，呈现典型的立方晶型，具有快速的再氧化速率以及完整氧化还原可逆性，热滞温差较小。

【技术实现步骤摘要】
一种具有热化学储能性能的四氧化三钴的制备方法及产品
本专利技术属于热化学储能材料研制领域，具体涉及一种具有热化学储能性能的四氧化三钴的制备方法及产品。
技术介绍
在气候变化和化石能源供应日益减少的背景下，可再生能源的利用顺应时代潮流，迅速发展成为一股全球性的革命浪潮。太阳能是一种具有发展潜力的可再生能源，但是太阳能具有间歇性、低密度性和不稳定性等缺点，热化学储能技术依靠化学键的断裂与重组实现能量的释放和存储，是目前备受关注的储热方式之一，有望实现太阳能电厂调峰运行。热化学储能体系包括：氢化物、碳酸盐、氢氧化物、氨、有机物、金属氧化物。其中金属氧化物储热，依靠不同价态金属氧化物之间的氧化还原反应进行储热和释热，并且金属氧化物可以直接使用空气作为传热流体，反应物没有相变，因此不会由于相变消耗热量，也不用对反应后的产物进行分离，所以金属氧化物作为热化学储能材料受到了许多学者的关注。钴的氧化物有着良好的反应可逆性和较大的储热密度，其理论焓值844kJ/kg，约为锰氧化物的4倍，热滞温差约为0-50℃，锰氧化物的热滞温差约为200℃，因此钴氧化物是一种十分有潜力的热化学储能材料。但是钴的氧化物与其他氧化物一样，在经历了长期的充能释能循环后会由于高温发生烧结，进一步影响到材料的再氧化速率、氧化还原可逆性，所以提升再氧化速率、减少热滞现象和改善氧化还原可逆性是提高钴氧化物在热化学储能方面应用的主要方法。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种具有热化学储能性能的四氧化三钴的制备方法及产品，本专利技术制备的四氧化三钴，呈现典型的立方晶型，具有快速的氧化速率以及完整氧化还原可逆性，热滞温差较小。为实现上述技术目的，本专利技术提供如下技术方案：一种具有热化学储能性能的四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：将乙酸钴、尿素和分散剂混合，加水，得到混合溶液，在150-180℃条件下水热反应10-12h，离心，洗涤，干燥，得到粉红色前驱体碳酸钴；尿素提供碳酸根，所以尿素的用量需过量，反应方程式如下：Co2++4CO(NH2)2+5H2O→CoCO3↓+3CO2↑+6NH3↑+2NH4+(1)水热反应温度低于150℃反应无法完全进行，尿素分解不够完全；温度高于180℃会使得到的碳酸钴颗粒粒径生长过大；将所得前驱体碳酸钴在500-600℃条件下煅烧10-12h，得到黑色物质，即四氧化三钴。所述前驱体碳酸钴煅烧反应方程式如下：进一步地，所述混合溶液中乙酸钴浓度为0.1mol/L-0.4mol/L。进一步地，所述尿素的用量为乙酸钴质量的1-2倍。进一步地，所述分散剂的用量为乙酸钴质量的1-2倍。进一步地，所述分散剂为三乙醇胺和二甘醇。进一步地，所述三乙醇胺和二甘醇质量比为1：(1-9)。通过控制三乙醇胺与二甘醇添加剂的比例，可使得晶粒的尺寸在1-10μm之间。进一步地，所述水热反应升温速率为5℃/min，升温速率过快无法形成立方形貌。进一步地，所述煅烧升温速率≤10℃/min，升温速率过快四氧化三钴颗粒的形貌会遭到破坏，无法继承前驱体的立方形貌。本专利技术还提供根据上述方法制备的四氧化三钴。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术以乙酸钴为原料，以尿素提供碳酸根，通过严格把控三乙醇胺和二甘醇的用量，从而得到一种比表面积较高、粒径尺寸大的碳酸钴前驱体，利用煅烧反应使碳酸钴在高温下分解释放出二氧化碳，生成四氧化三钴，该四氧化三钴具有多孔结构且继承了碳酸钴的形貌，从而得到具备立方晶型的四氧化三钴，使得材料传热、氧扩散速率更快，进而提升了材料的氧化还原性能。本专利技术制备的四氧化三钴具备以下特点:(1)具有较高的比表面积和孔体积更有利于氧在颗粒中的扩散；(2)规则的微纳米结构和高比表面积使得氧扩散速率加快，导致材料的再氧化速率加快；(3)热滞温差得到减小：还原反应的起始温度与其他技术合成的材料相似，而氧化反应的起始温度得到了提高，从而减少了热滞温差。(4)抗烧结能力到得了提升，经过三十次循环，仍能保持其形貌特点，并且有着稳定的再氧化速率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1(图1a)和实施例2(图1b)制备的四氧化三钴的XRD图；图2为实施例1(图2a)和实施例2(图2b)制备的四氧化三钴的时间-质量-温度曲线图；图3为实施例1(图3a)和实施例2(图3b)制备的四氧化三钴的再氧化速率图；图4为实施例1(图4a)和实施例2(图4b)制备的四氧化三钴的热滞温差图；图5为实施例1(左)和实施例2(右)制备的四氧化三钴的电镜扫描图。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可对本专利技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本专利技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。实施例1称取乙酸钴1.77g、三乙醇胺0.2g、二甘醇1.8g、尿素3.0g，将上述物质溶于100mL去离子水中，搅拌30min，待充分溶解之后将溶液转移至180mL内衬的聚四氟乙烯的反应釜中，将反应釜放入马弗炉中，设置升温程序为室温升至180℃(升温速率5℃/min)并在180℃恒温条件下反应12h，反应结束后，将所得到的混合物使用乙醇和去离子水离心洗涤，最后将沉淀物放入80℃鼓风干燥箱干燥，得到粉红色的前驱体；将前驱体放入马弗炉600℃煅烧12h(升温速率10℃/min)，煅烧结束后得到黑色四氧化三钴，命名为Co19。实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有热化学储能性能的四氧化三钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将乙酸钴、尿素和分散剂混合，加水，得到混合溶液，在150-180℃条件下水热反应10-12h，离心，洗涤，干燥，得到粉红色前驱体碳酸钴；/n将所得前驱体碳酸钴在500-600℃条件下煅烧10-12h，得到黑色物质，即四氧化三钴。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有热化学储能性能的四氧化三钴的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将乙酸钴、尿素和分散剂混合，加水，得到混合溶液，在150-180℃条件下水热反应10-12h，离心，洗涤，干燥，得到粉红色前驱体碳酸钴；
将所得前驱体碳酸钴在500-600℃条件下煅烧10-12h，得到黑色物质，即四氧化三钴。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中乙酸钴浓度为0.1mol/L-0.4mol/L。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述尿素的用量为乙酸钴质量的1-2倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：周子健，曾志强，程才，刘磊，闫毅，刘小伟，徐明厚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42