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摘要
基于金属氧化物的两步法太阳能热化学循环可以生产清洁的燃料,具有理论效率高、二氧化碳零排放等优点,有望成为实现碳中和的有效途径,但存在太阳能到化学能能源转化效率不高的问题。从材料基对、反应器设计、多能互补系统优化等方面入手,着重分析了影响太阳能到化学能能源转化效率的因素。总结了材料基对研究的发展历程,指出了密度泛函方法和机器学习方法在材料基对筛选方面的重要作用。结合材料特性,分析了泡沫陶瓷/蜂窝结构反应器、粒子反应器和膜反应器的适用范围及优缺点,指出更优的孔隙率和合适的粒子半径可以加快材料基对的升温速率,并且可以有效减少热损失;同时,大规模可连续式设计可以实现对太阳能的高效利用。系统优化方面,综合分析了数字孪生等新技术在多能互补系统发挥的作用。最后,对高温太阳能热化学循环制备燃料技术未来的发展提出了建议。
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