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摘要
CaMnO3钙钛矿氧化物廉价易得,能够在较大的温度和氧分压(p(O2))范围内通过氧化还原反应实现热能的储存和释放,是具有应用潜力的聚光太阳能热化学储热材料.但是,由于CaMnO3在高温还原过程中易发生部分分解,导致材料无法完全再氧化,严重限制了其热化学储热性能.本文提出Zr掺杂CaMnO3的新型热化学储热材料并对其物相结构、氧化还原容量、储热性能以及光谱吸收特性等开展实验和理论计算研究.结果表明:掺杂10%Zr元素的CaZr0.1Mn0.9O3钙钛矿固溶体可在实现完全可逆氧化还原循环的同时,有效抑制材料还原过程中的分解现象.但随着Zr掺杂比例的进一步增加,产生的杂相将显著降低材料的氧化还原性能.采用van’t Hoff方法计算出CaZr0.1Mn0.9O3在1000°C,p(O2)=10-5atm条件下的储热密度为390.6±32.8 kJ/kg,且Zr的有效掺杂可提高CaMnO3在近红外波段的太阳能光谱吸收率.通过密度泛函理论计算可知,Zr的有效掺杂提高了ABO3氧化物中B–O化学键的强度,从而强化了其结构稳定性并提升了储热密度,为钙钛矿热化学储热材料的开发提供了指导和依据.
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