基于氯化钙的太阳能驱动储热材料：废弃软木衍生蜂窝状碳基质亲水改性研究

　　针对盐基复合材料在热化学储热中存在的传质传热效率低、盐负载量不足等问题，研究人员通过调控废弃软木衍生碳基质的孔结构和表面极性（氧化处理增加含氧官能团），成功制备出高盐负载量（57 wt%）的CaCl2 /C800-O复合材料。该材料在太阳能驱动系统（吸附20°C/RH 80%，解吸1 kW/m2 ）下表现出1.33 g/g吸水量和2427 J/g能量密度，为生物质废弃物高值化利用和高效储热材料设计提供了新思路。

　　

随着全球脱碳进程加速，可再生能源占比快速提升，但太阳能等间歇性能源的供需不匹配问题亟待解决。热化学储热材料（Thermochemical Heat Storage Materials）因其高能量密度和长周期存储优势成为研究热点，其中氯化钙（CaCl₂

中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司等机构的研究人员创新性地利用废弃葡萄酒瓶软木塞，通过梯度碳化（700-900°C）和氧化改性，构建了具有蜂窝状宏孔结构的亲水碳基质（C800-O），用于负载CaCl₂
。研究发现：800°C碳化产物（C800）具有最优孔结构（孔容16.02 mL/g），经H₂
O₂
氧化后含氧官能团增加使接触角从132°降至0°，盐负载量提升68%。最终复合材料C800-O/Ca在模拟太阳辐射条件下实现2427 J/g的储热密度，且循环稳定性优异。该成果发表于《Journal of Energy Storage》，为生物质废弃物资源化和高效光热储能系统开发提供了新范式。

关键技术方法包括：软木塞梯度碳化（700/800/900°C）、H₂
O₂
氧化改性、低温氮吸附测孔结构、XPS表征表面化学组成、动态水吸附测试（20°C, RH 80%）及太阳能模拟器评估解吸性能（1 kW/m²
）。

研究结果

1. 基质表征：SEM显示C800具有30 μm规则六方孔道，氧化后部分孔壁坍塌但亲水性显著增强；XPS证实C800-O的C=O含量从4.1%增至11.3%。
2. 盐负载机制：氧化处理通过毛细管效应和表面极性协同作用，使CaCl₂
   在C800-O中分布更均匀，盐结晶尺寸从50 μm降至10 μm以下。
3. 储热性能：C800-O/Ca在10次循环后仍保持91%水吸附容量，其光热转换效率达78%，优于未氧化样品（62%）。

结论与意义
该研究开创性地将废弃软木转化为高性能储热基质，阐明孔结构-表面性质-盐负载量的构效关系：蜂窝状宏孔促进蒸汽扩散，亲水改性增强盐基质相容性，碳材料本征光热特性实现太阳能高效利用。这种"废弃物增值-储能材料设计-可再生能源利用"三位一体的策略，对推动碳中和目标下的能源转型具有重要实践价值。