Reticulated Porous Perovskite Structures for Thermochemical Solar Energy Storage

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Mathias Pein - , Professur für Solare Brennstofferzeugung (g.B. DLR), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)
  • Luca Matzel - , Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)
  • Lamark de Oliveira - , Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)
  • Gözde Alkan - , Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)
  • Alexander Francke - , Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)
  • Peter Mechnich - , Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)
  • Christos Agrafiotis - , Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)
  • Martin Roeb - , Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)
  • Christian Sattler - , Professur für Solare Brennstofferzeugung (g.B. DLR), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V. (Autor:in)

Abstract

The inherent capability of concentrated solar power (CSP) plants for sensible thermal energy storage ensures their continuous operation and is considered their most crucial competitive edge versus other renewable energy sources. The storage density of air-operated CSP plants can be significantly increased by hybridizing sensible with thermochemical storage of solar heat, exploiting reversible air–solid oxide reduction–oxidation reactions. Thermochemical storage-relevant-protocols testing of in-house manufactured lab-scale reticulated porous ceramic foams made entirely of CaMnO3 perovskite reveals fully reversible reduction-oxidation in up to 46 cycles between 300 and 1100 °C under air, without any deterioration of the foams’ structural integrity and exploitable endothermic/exothermic heat effects between 890 and 920 °C linked to an orthorhombic-to-cubic phase transition. Dilatometry experiments with CaMnO3 bars under identical cyclic conditions demonstrate the correlation of this phase transition to an increase in the thermal expansion coefficient but nevertheless, complete recovery of the initial specimen dimensions upon completion of a full heat-up/cooldown redox cycle. The possibility of shaping into sturdy reticulated porous ceramic structures which exhibit complete dimensional reversibility upon cyclic redox operation, combined with the low cost, earth abundance and environmentally benign character of the constituting elements, render such perovskite compositions extremely attractive for the manufacture of large-scale porous structured objects for exploitation in various thermochemical processes.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer2102882
FachzeitschriftAdvanced energy materials
Jahrgang12
Ausgabenummer10
PublikationsstatusVeröffentlicht - 10 März 2022
Peer-Review-StatusJa

Schlagworte

Ziele für nachhaltige Entwicklung

Schlagwörter

  • calcium manganate, chemical expansion, concentrated solar energy, perovskites, redox oxide pairs, reticulated porous ceramics, thermochemical energy storage