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Enhancing Photo-to-Thermal Energy Conversion Efficiency of the CaO/CaCO3 Composite with Co and Mn Additives for Concentrated Solar Power Systems
Energy & Fuels ( IF 5.2 ) Pub Date : 2024-09-20 , DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c03501 Soyoung Noh 1 , Dasol Choi 2, 3, 4 , Youngjune Park 1, 5
Energy & Fuels ( IF 5.2 ) Pub Date : 2024-09-20 , DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c03501 Soyoung Noh 1 , Dasol Choi 2, 3, 4 , Youngjune Park 1, 5
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CaO/CaCO3-based sorbent can be used as a thermochemical energy storage (TCES) material in concentrated solar power (CSP) systems due to its ability to convert thermal energy to chemical energy through repetitive carbonation-calcination cycles. Typically, a CSP system consists of a solar field, solar receiver, thermal energy storage (TES), and a power generation system. Recently, research has focused on technologies that eliminate the need for heat transfer media, allowing TCES materials to directly capture heat and convert it into chemical energy. Despite CaO/CaCO3’s relatively superior chemical energy storage capacity, its photo-to-thermal energy conversion efficiency under solar irradiation is low, limiting its application in such direct thermal energy capture technologies. This study focuses on methods to increase the photo-to-thermal energy conversion efficiency while maintaining the excellent thermal-to-chemical energy conversion characteristics of CaO/CaCO3. A CaO/CaCO3-based composite with cobalt (Co) and manganese (Mn) additives was synthesized using the sol–gel method, and its optical properties under solar irradiation were measured using a lab-built apparatus under conditions ranging from 1 sun to 148 suns. It was found that the CaCO3-based sorbent with added Co and Mn could reach temperatures of up to 650 °C under 148 sun conditions. Additionally, due to the structural stabilization effect of CaCO3 from the addition of Co and Mn, it demonstrated very stable CaO conversion efficiency over 20 repeated carbonation-calcination cycles. This indicates that the CaO/CaCO3-based composite with Co and Mn additives has the potential to directly capture solar irradiation while efficiently converting solar thermal energy into chemical energy repeatedly.
中文翻译:
提高含 Co 和 Mn 添加剂的 CaO/CaCO3 复合材料在聚光太阳能发电系统中的光热转换效率
CaO/CaCO3 基吸附剂可用作聚光太阳能发电 (CSP) 系统中的热化学储能 (TCES) 材料,因为它能够通过重复的碳化-煅烧循环将热能转化为化学能。通常,CSP 系统由太阳能场、太阳能接收器、热能存储 (TES) 和发电系统组成。最近,研究的重点是消除传热介质需求的技术,使 TCES 材料能够直接捕获热量并将其转化为化学能。尽管 CaO/CaCO3 的化学储能能力相对较强,但其在太阳照射下的光能转换效率较低,限制了其在此类直接热能捕获技术中的应用。本研究重点介绍了在保持 CaO/CaCO3 优异的热能转换特性的同时提高光-热能转换效率的方法。使用溶胶-凝胶法合成了具有钴 (Co) 和锰 (Mn) 添加剂的 CaO/CaCO3 基复合材料,并使用实验室制造的设备在 1 个太阳到 148 个太阳的条件下测量了其在太阳照射下的光学性能。研究发现,添加 Co 和 Mn 的 CaCO3 基吸附剂在 148 个阳光条件下可以达到高达 650 °C 的温度。此外,由于 CaCO3 添加 Co 和 Mn 的结构稳定作用,它在 20 次重复的碳化-煅烧循环中表现出非常稳定的 CaO 转化效率。 这表明,含有 Co 和 Mn 添加剂的 CaO/CaCO3 基复合材料有可能直接捕获太阳辐射,同时有效地将太阳热能反复转化为化学能。
更新日期:2024-09-20
中文翻译:
提高含 Co 和 Mn 添加剂的 CaO/CaCO3 复合材料在聚光太阳能发电系统中的光热转换效率
CaO/CaCO3 基吸附剂可用作聚光太阳能发电 (CSP) 系统中的热化学储能 (TCES) 材料,因为它能够通过重复的碳化-煅烧循环将热能转化为化学能。通常,CSP 系统由太阳能场、太阳能接收器、热能存储 (TES) 和发电系统组成。最近,研究的重点是消除传热介质需求的技术,使 TCES 材料能够直接捕获热量并将其转化为化学能。尽管 CaO/CaCO3 的化学储能能力相对较强,但其在太阳照射下的光能转换效率较低,限制了其在此类直接热能捕获技术中的应用。本研究重点介绍了在保持 CaO/CaCO3 优异的热能转换特性的同时提高光-热能转换效率的方法。使用溶胶-凝胶法合成了具有钴 (Co) 和锰 (Mn) 添加剂的 CaO/CaCO3 基复合材料,并使用实验室制造的设备在 1 个太阳到 148 个太阳的条件下测量了其在太阳照射下的光学性能。研究发现,添加 Co 和 Mn 的 CaCO3 基吸附剂在 148 个阳光条件下可以达到高达 650 °C 的温度。此外,由于 CaCO3 添加 Co 和 Mn 的结构稳定作用,它在 20 次重复的碳化-煅烧循环中表现出非常稳定的 CaO 转化效率。 这表明,含有 Co 和 Mn 添加剂的 CaO/CaCO3 基复合材料有可能直接捕获太阳辐射,同时有效地将太阳热能反复转化为化学能。