MgO负载BaO2/BaO氧化还原体系的实验室规模填充床反应器热化学储能研究

本文报道了一种基于MgO负载BaO2/BaO氧化还原体系的热化学储能（TCES）填充床反应器实验研究。通过六次连续氧化还原循环验证，该体系在850°C还原/600°C氧化条件下展现出627.9±15.9 MJ/m3的平均储能密度，结合多物理场模型为规模化应用提供理论支撑。

　　

Highlight

本研究通过实验室规模填充床反应器验证了MgO负载BaO₂/BaO氧化还原体系的热化学储能（TCES）性能，为间歇性可再生能源存储提供了创新解决方案。

Material preparation

采用85wt% BaO₂与15wt% MgO混合制备颗粒，通过行星式球磨和冷压成型工艺增强材料稳定性。扫描电镜（SEM）显示颗粒具有多孔结构，X射线衍射（XRD）证实了BaO₂向BaO的完全转化。

Computational domain

建立的轴对称传热模型将反应器简化为径向-轴向（r-z）平面，考虑气固两相非热平衡状态，通过Fortran 90代码实现多物理场耦合模拟。

Model verification

模型通过锰铁氧化物填充床文献数据验证，温度预测误差<5%，氧浓度误差<3%，证实了反应动力学参数设置的可靠性。

Experimental results

六次氧化还原循环（总计27小时）显示：

• 床层温度在加热阶段达850°C±15°C

• 氧化阶段氧浓度突增验证了放热反应

• 平均储能密度达627.9 MJ/m³

• MgO载体有效抑制了材料烧结

Conclusions

1. MgO负载使BaO₂/BaO体系在六次循环中保持稳定性能

2. 建立的连续介质模型准确预测了床层温度（误差<7%）

3. 为未来反应器优化提供了实验与理论基准