由于能源供需不平衡以及可再生能源的间歇性,储热技术在可再生能源的应用中扮演着越来越重要的角色。热化学储热具有较高的储热密度且可实现长期甚至跨季节性储存的优点,是储热技术中的重要手段。本文从气固热化学储热传热传质机理、高效复合材料制备开发、热化学储热固定床反应器数值模拟以及高压热化学储热实验系统运行调控机制等方面对气固热化学储热系统进行了深入的理论探讨和系统性的实验应用研究。本文首先利用分形算法对储热材料的微观形貌进行了重构,重构的分形模型综合考虑了材料的孔隙率、分形维数、比表面积等因素,然后基于格子Boltzmann方法研究了储热材料内部的传质过程,发现了分形维数越大的材料具有越大的扩散阻力。进一步研究发现,在较高温度下制备的热化学储热材料由于分形维数较大,具有较低的放热速率。并且给出了多孔介质的有效气体扩散系数与孔隙率的关系。结果表明,在考虑储热材料的特性时,本文提出的分形模型-LBM方法比Maxwell模型具有更好的应用效果。针对固定床反应器内的传热性能,本文提出多尺度多孔介质重构算法（F-RSPP）,该算法综合考虑了颗粒粒径分布,不同尺度热阻等多种因素。相比于其他单一尺度传热模型,本文所构建的多尺度传热分析模型具有更高的准确性,单一尺度的数值模型都过高或者过低地评估了堆积材料的有效导热系数。此外,本文发现气固热化学储热材料的有效导热系数随着孔隙率的增大而减小,并且气相在传热性能中起到了限制性作用。然后,考虑到气固热化学储热技术的应用以及天然储热材料的缺陷,本文开发了一种钙基粒状热化学储热复合材料,该材料在储热速率、储热密度、力学性能等方面具有优越的性能。最后,本文对气固热化学储热固定床反应器从宏观角度进行了性能及运行调控研究。其中首先利用数值方法对直接式固定床反应器进行了研究,由于较长的储热时间,我们着重考虑了系统的储热过程。数值结果表明直接式反应器换热流体与反应物的换热效果较好,内部温度分布均匀。发现了对于直接式热化学储热系统而言,水蒸气分压对储热过程的影响较小,同时温度成为影响储热性能的限制性因素。此外,本文探究了反应物粒径、换热流体流速以及孔隙率对直接式热化学储热系统的储热功率的影响。同时,本文以固定床反应器为基础设计并搭建了高压热化学储热测试平台,探索了利用热化学储热实现能量品位提升的机制和调控方法,发现在反应器级别实验中,同种材料在压力可控范围内可以实现能量的品位提升,具体地,在本研究中利用同种材料进行储放热实验,实现了7.65%的能量品位提升。此外,通过实验发现,压力的提升不仅可以提高放热温度同时可以增大放热速率;随着分解温度增大,储热材料的分解速率加快。