燃烧发电在短期内将一直是国民经济的主战场,为防止化石燃料燃烧造成环境污染,一系列高效污染物控制技术得到了广泛研究。太阳能热发电技术以清洁的太阳能为能源,可以从根本上避免环境污染和温室效应,近年来受到了广泛关注,然而该技术的发展需要高温储热技术的进步。CaO具有原料来源广泛、成本低、环境友好等诸多优势,其硫酸化反应可以用于高温SO₂脱除,其碳酸化反应可以用于高温热化学储热,这两个反应具有共性的科学内涵,即SO₂/CO₂在多孔CaO内的扩散、吸附和反应过程。然而,CaO反应活性和稳定性低是钙基固硫和储热技术面临的共性问题。对此,本文围绕着CaO反应活性强化、CaO反应稳定性强化以及CaO体积储热密度强化展开了研究,为发展先进钙基固硫和储热技术奠定基础。针对钙基高温固硫/储热技术中氧化钙硫酸化/碳酸化反应活性低的问题,本文详细探究了Na₂CO₃掺杂对氧化钙硫酸化/碳酸化反应性能的影响规律。传统研究中认为高剂量的Na₂CO₃掺杂对氧化钙反应活性有促进作用,而本研究则发现,添加极微量（0.1 mol%）的Na₂CO₃时,氧化钙硫酸化转化率和碳酸化转化率也会显著提高,同时可以有效避免Na₂CO₃添加造成的物料结块问题。通过关联氧化钙孔隙结构、晶格畸变度和反应转化率,本文揭示了Na₂CO₃对氧化钙硫酸化/碳酸化反应的影响机制:高温条件下Na₂CO₃会与氧化钙发生低温共熔,形成共熔液膜。一方面,共熔液膜会加速氧化钙的烧结,改变氧化钙的表面积和孔隙结构;另一方面,共熔液膜会成为反应介质,影响氧化钙的界面反应。针对钙基高温储热技术中氧化钙循环碳酸化反应稳定性低的问题,本文开发了一种简单、可规模化应用的限域空间气相化学沉积方法,将惰性稳定剂沉积到氧化钙颗粒表面。相比于传统的稳定剂掺杂方法,该方法可以有效减少稳定剂用量,降低稳定剂颗粒大小,同时实现稳定剂与氧化钙在纳米尺度的均匀混合。研究结果表明,仅需10 mol%的Al₂O₃稳定剂就可以显著提高氧化钙的循环碳酸化反应稳定性。当多孔碳酸钙表面存在碳膜时会诱导Al₂O₃与CaO反应,导致复合材料稳定性降低。稳定剂沉积对烧结的抑制机制为抑制表面扩散和晶界迁移,进而阻碍晶粒的长大和孔隙的消失。随着煅烧反应温度和气氛中CO₂浓度的升高,氧化钙的烧结逐渐加剧,复合材料的循环稳定性逐渐降低。当煅烧反应在较高温度和CO₂浓度下进行时,稳定剂颗粒的烧结会加剧,进而导致其对CaO晶粒烧结的抑制作用减弱。针对碳材料载体在高温储热条件下易被CO₂氧化刻蚀的问题,本文选取高石墨化度碳材料为载体,并对其进行H₃BO₃改性处理,以提升碳材料载体的高温抗氧化性能。基于表面活性剂诱导自组装过程,一步合成了抗氧化碳骨架/碳酸钙复合材料,并探究了碳骨架对氧化钙循环碳酸化反应特性的影响。研究结果表明,H₃BO₃浸渍使石墨纳米片的氧化起始温度提高至1000℃以上。石墨纳米片可以有效抑制CaO颗粒烧结,还可以加速反应过程中CO₂气体的扩散和热量传输,显著提升氧化钙碳酸化反应的活性和稳定性。石墨纳米片添加量为3wt%时,复合材料在第20次循环中的CO₂吸收量为0.57 g _CO2/g_sorbent,是未担载样品的290%。碳材料种类对复合材料的循环碳酸化反应性能有显著影响,选则石墨纳米片或碳纳米管作为载体可以获得更佳的循环碳酸化反应稳定性。针对目前钙基储热材料中普遍存在的体积储能密度低的问题,本文对合成的复合材料进行了致密化构筑,以提升复合材料的体积储热密度。通过压缩处理实现了石墨纳米片担载复合材料的致密化。压缩处理可以有效消除复合材料中的无效大孔,同时得益于石墨纳米片对CaO颗粒的分散,复合材料仍具有较高的循环稳定性。20次循环后,含有12 wt%石墨纳米片的复合材料具有0.42g/cm³的体积CO₂吸收量,对应的体积储能密度为1.69 GJ/m³。通过选用结构致密的甲酸钙为钙源,并在其表面沉积Al₂O₃稳定剂,获得了致密化的Al₂O₃稳定复合材料。该复合材料不含超大尺寸的孔隙,同时表面沉积的Al₂O₃稳定剂又保证了复合材料的循环稳定性。20次循环后,含有10 mol%Al₂O₃稳定剂的复合材料具有0.51 g/cm³的体积CO₂吸收量,对应的体积储能密度为2.07 GJ/m³。