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Redox Oxides-Based Solar Thermochemistry and Its Materialization to Reactor/Heat Exchanger Concepts for Efficient Solar Energy Harvesting, Transformation and Storage

Agrafiotis, Christos und Pein, Mathias und Giasafakis, Dimitra und Tescari, Stefania und Roeb, Martin und Sattler, Christian (2019) Redox Oxides-Based Solar Thermochemistry and Its Materialization to Reactor/Heat Exchanger Concepts for Efficient Solar Energy Harvesting, Transformation and Storage. Journal of Solar Energy Engineering, 141, 021010-1. American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4042226. ISSN 0199-6231.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://asmedigitalcollection.asme.org/solarenergyengineering/article/doi/10.1115/1.4042226/368779/Redox-OxidesBased-Solar-Thermochemistry-and-Its

Kurzfassung

Ca-Mn-based perovskites doped in their A- and B-site were synthesized and comparatively tested versus the Co3O4/CoO and (Mn,Fe)2O3/(Mn,Fe)3O4 redox pairs with respect to thermochemical storage and oxygen pumping capability, as a function of the kind and extent of dopant. The perovskites' induced heat effects measured via differential scanning calorimetry are substantially lower: the highest reaction enthalpy recorded by the CaMnO3–δ composition was only 14.84 kJ/kg compared to 461.1 kJ/kg for Co3O4/CoO and 161.0 kJ/kg for (Mn,Fe)2O3/(Mn,Fe)3O4. Doping of Ca with increasing content of Sr decreased these heat effects; more than 20 at % Sr eventually eliminated them. Perovskites with Sr instead of Ca in the A-site exhibited also negligible heat effects, irrespective of the kind of B site cation. On the contrary, perovskite compositions characterized by high oxygen release/uptake can operate as thermochemical oxygen pumps enhancing the performance of water/carbon dioxide splitting materials. Oxygen pumping via Ca0.9Sr0.1MnO3–δ and SrFeO3–δ doubled and tripled, respectively, the total oxygen absorbed by ceria during its re-oxidation versus that absorbed without their presence. Such effective pumping compositions exhibited practically no shrinkage during one heat-up/cool-down cycle. However, they demonstrated an increase of the coefficient of linear expansion due to the superposition of “chemical expansion” to thermal-only one, the effect of which on the long-term dimensional stability has to be further quantified through extended cyclic operation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/131103/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Redox Oxides-Based Solar Thermochemistry and Its Materialization to Reactor/Heat Exchanger Concepts for Efficient Solar Energy Harvesting, Transformation and Storage
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Agrafiotis, ChristosChristos.Agrafiotis (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pein, MathiasMathias.Pein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2796-1229NICHT SPEZIFIZIERT
Giasafakis, Dimitrad.giasafaki (at) inn.demokritos.grNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tescari, StefaniaStefania.Tescari (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roeb, MartinMartin.roeb (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9813-5135NICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Januar 2019
Erschienen in:Journal of Solar Energy Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:141
DOI:10.1115/1.4042226
Seitenbereich:021010-1
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Kodama, TatsuyaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siegel, NathanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stechel, EllenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ISSN:0199-6231
Status:veröffentlicht
Stichwörter:thermochemical cycles, redox oxides, thermochemical storage, thermochemical oxygen pumping, perovskites
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Erneuerbare Energie
HGF - Programmthema:Solare Brennstoffe
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung > Solare Verfahrenstechnik
Hinterlegt von: Sattler, Prof. Dr. Christian
Hinterlegt am:22 Nov 2019 15:40
Letzte Änderung:31 Okt 2023 15:14

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