CaCO3/CaO高温热化学储热技术因其储热密度高、能量损失低、储热材料价格低廉等特点成为最有应用前景的聚光太阳能储热技术。常规钙基材料储热性能随循环次数逐渐衰减是CaCO3/CaO储热技术的主要缺陷之一。钙基材料储热性能、碳酸化阶段的压力和温度是影响聚光太阳能发电厂整体效率的关键因素。国内外对提高钙基材料储热性能和循环稳定性进行了大量的研究,但通常采用简单的掺混方法向钙基材料中添加惰性支撑体,改性钙基材料的储热性能还有很大的提升空间;而且绝大多数研究都在常压碳酸化条件下开展,与实际工业化运行条件不一致。本文基于宏观实验和微观分析对常规钙基材料和改性高活性钙基材料在加压碳酸化下的储热性能进行了深入研究。提出将工业废弃物电石渣作为储热材料应用于CaCO3/CaO储热,构建了加压双固定床实验系统,研究了石灰石和电石渣在加压(>1.0 MPa)碳酸化下的储热性能。随着碳酸化压力增加,石灰石和电石渣的储热性能明显升高。在1.3 MPa碳酸化压力下,石灰石10次储热循环后的有效转化率和储热密度分别为0.79和2511 kJ/kg,是常压碳酸化储热后的1.76倍。高碳酸化压力能够抑制CaO晶粒的生长,缓解CaO的烧结和孔堵塞现象,钙基材料在加压碳酸化储热循环中具有有更加多孔的微观结构,有利于储热。虽然电石渣的储热性能低于石灰石,但加压碳酸化下电石渣在多次循环中的储热性能更加稳定。从经济性和环保角度来看,电石渣是1种很有应用前景的钙基储热材料。为了缓解常规钙基材料储热性能的衰减,提出了惰性支撑体和催化剂共同添加制备高性能钙基储热材料的思路,使用湿混合法制备了钙铝铈复合材料。复合材料主要成分为CaO、Ca12Al14O33和CeO2。在1.3 MPa碳酸化压力下,添加5 wt.%Al2O3和5 wt.%Ce02的钙铝铈复合材料在30次循环后的有效转化率和储热密度达0.79和2500 kJ/kg,比石灰石高33%。钙铝铈复合材料具有良好的循环储热性是因为Ca12Al14O33的有效支撑提高了钙基材料的抗烧结性能,Ce02的催化作用提高了钙基材料的碳酸化活性,以及高碳酸化压力对钙基材料储热性能的促进。使用钙铝铈复合材料可以将聚光太阳能发电厂的运行成本减少到321元/MWth,比使用石灰石降低了 27%。钙铝铈复合材料有很大的应用前景。为了进一步提高钙铝铈复合材料的储热性能,对复合材料的结构进行优化,提出以模板法制备具有高比表面积和高孔隙度的微米管状钙铝铈复合材料。所得材料具有内部中空的管状结构,管径约5 μm,管壁厚约1.5μm;微米管状结构增加了 CaO与CO2的接触面积,减小了 CO2的扩散阻力,有利于储热。在1.3 MPa碳酸化压力下,添加2.5 wt.%A1203和1 wt.%CeO2的微米管状钙铝铈复合材料在30次循环后的有效转化率和储热密度高达0.92和2924 kJ/kg,分别比无模板钙铝铈复合材料和石灰石高24%和56%。Ca12Al14O33和CeO2不仅可以提高CaO的抗烧结性能,而且能够稳固管状结构,使钙铝铈复合材料保持较高的比表面积和比孔容,为其高效稳定的循环储热性能提供保证。