title: High temperature energy storage: kinetic investigations of the system CuO/Cu2O
Creators: name: Horvath, Florian
Publisher: name: TU Wien
Year: 2016
Subjects: subject: Thermochemische Energiespeicherung
subject: Kinetik
subject: Kupferoxid
subject: thermo-chemical energy storage
subject: kinetics
subject: copper oxid

description: Thermochemische Energiespeicher (TCES) gelten als vielversprechende Möglichkeit die Effizienz verschiedenster Prozesse durch Nutzung der anfallenden Abwärme zu steigern. Des Weiteren kann die Verwendung von erneuerbaren Energiequellen mittels TCES wesentlich vereinfacht werden. Ein vielversprechender Anwendungsbereich sind beispielsweise Solaranlagen. Die überschüssige Energie von Solarwärmeprozessen, wie z.B. konzentrierte Solarenergie (CSP), die während Zeiträumen mit hohem Energieangebot und geringem Energieverbrauch produziert wird, kann durch TCES für Zeiträume mit geringem Energieangebot und hohem Energieverbrauch gespeichert werden. TCES basieren auf dem Prinzip, dass thermische Energie während einer endothermen Reaktion gespeichert wird und bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt mittels einer exothermen Reaktion wieder freigesetzt wird. Im Vergleich zu anderen Wärmespeichermethoden, wie z.B. sensible oder latente Wärmespeicher, bieten TCES den großen Vorteil, dass ihre Energiedichte bedeutend höher ist. Des Weiteren entstehen bei der Langzeitspeicherung keine Energieverluste, da die Energie im Produkt der chemische Reaktion gespeichert wird. Im Zuge eines Forschungsprojektes an der Technischen Universität Wien hat sich das System CuO/Cu2O als potentielles Speichermaterial herausgestellt. Aus diesem Grund besteht das Ziel dieser Arbeit in der Evaluierung der Eignung dieses Systems hinsichtlich thermochemischer Energiespeicherung. Um entsprechende Experimente durchführen zu können war es erforderlich einen vorhandenen Prüfstand umzubauen. Im Zuge dieses Umbaus wurde auch eine komplett neue Programmierung für die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) generiert. Mit dem neuen Versuchsaufbau wurden mehrere isotherme Reduktion-Oxidation Versuche bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt, um den Einfluss der Temperatur auf die Reaktion zu bestimmen. Die experimentellen Daten wurden mittels modellanpassender und modellfreier Methoden ausgewertet, um die kinetischen Parameter zu bestimmen und zu vergleichen. Weiters wurde die Zyklenbeständigkeit des Systems untersucht, indem ein Versuch mit über 20 Reduktion-Oxidation Zyklen durchgeführt wurde.
description: Thermochemical energy storages (TCES) are considered as a promising possibility to improve the efficiency of various processes by exploiting resulting waste heat. Further, the utilization of renewable energy systems could be simplified with TCES. A promising field of application are solar power systems. The surplus energy during high supply and low demand periods of solar heat processes like concentrated solar power (CSP) can be stored for periods with low energy supply and high demand. TCES are based on the principle that thermal energy is stored during an endothermic reaction and can be released at a later time in an exothermic reaction. Compared to other thermal energy storage technologies like systems that are based on sensible or latent heat energy storage, TCES excel among other things due to a higher energy density. Furthermore, likely to none energy is lost during long-term storage, because the energy is stored in the product of the chemical reaction. During a research program on the Vienna University of Technology, the system CuO/Cu2O turned out to have a high potential as a storage medium. Thus, the aim of this work is to evaluate the suitability of this system for TCES. In order to enable an experimental investigation, an adaption of a present test rig had to be done at first. In the course of the upgrade process, an all-new programming for the Programmable Logic Controller (PLC) was created as well. With the new experimental setup, several isothermal reduction-oxidation experiments at different temperatures were performed in order to analyze the temperature impact of the reaction. The experimental data were evaluated with model-fitting and model-free kinetic methods in order to determine and compare the kinetic parameters. Furthermore, the cycle stability of the system was investigated by performing an experiment with over 20 reduction-oxidation cycles.