太阳能分布广泛,太阳能光热发电系统能够大规模储热,供电稳定,可以参与电网调峰,有望承担基础负荷,发展潜力巨大。基于金属氧化物氧化还原反应的热化学储能系统的储能温度高（>500℃）、能量密度大（200-900 kJ/kg）,可采用空气作为传热流体和反应物质,应用前景广阔。本文针对以Mn₂O₃/Mn₃O₄为基础的热化学储能反应体系,系统开展了掺杂改性、氧化还原反应动力学、多孔储能模块的抗热冲击性能及反应特性等方面的研究工作。针对Mn₂O₃/Mn₃O₄体系再氧化速率缓慢、几乎不能再氧化的缺点,利用溶胶凝胶法在Mn₂O₃中掺杂Fe₂O₃,改善Mn₂O₃/Mn₃O₄体系再氧化性能,分析Fe₂O₃提升样品再氧化性能的原因,探究反应进程的影响因素,拟合得到样品反应动力学模型。研究结果表明:掺杂Fe₂O₃后样品孔隙率更高、比表面积增大,还原产物中存在化学稳定性不高的MnFe₂O₄,这些因素共同促进样品再氧化反应,将再氧化比例由3%提高至98-100%;20%Fe₂O₃为最佳掺杂比例,80%Mn₂O₃+20%Fe₂O₃样品氧化还原反应时间随升降温速率的提高几乎成比例下降,气体氧分压高达70%时也能实现完全的还原再氧化,在多次升降温循环中能保持良好的循环稳定性;80%Mn₂O₃+20%Fe₂O₃样品在空气氛围中的还原反应活化能为1876.35-2032.54 kJ/mol,氧化反应活化能为794.22-855.63 kJ/mol,最概然机理函数为一级反应（f（?）（28）1-?）。由于实际储能应用中需要强度较高的成型化材料,以使材料能够经受住较大的温度波动时保持材料完整性,因此利用自主设计的压制模具将80%Mn₂O₃+20%Fe₂O₃粉末压制成长方体多孔模块结构,采用电炉加热—冷却法测试掺有Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂三种外加剂后模块抗热冲击性能。实验结果表明:添加10%及以上SiO₂、20%及以上ZrO₂可以显著提高80%Mn₂O₃+20%Fe₂O₃模块抗热冲击性能,能将80%Mn₂O₃+20%Fe₂O₃模块耐热冲击次数由45次提高至250次以上。SiO₂的负膨胀系数特性以及在煅烧过程与Mn₂O₃生成的复合金属氧化物是其可以提高模块抗热冲击性能的重要原因;ZrO₂抗裂纹扩展的相变韧化机理现阻碍了大裂纹的扩散,从而使储能模块的强度和韧性得到提高。成型化储能材料除具备较好热冲击性能外,还需具有良好反应特性,因此利用自主设计的电加热储能实验系统探究未掺杂和掺杂10%SiO₂后80%Mn₂O₃+20%Fe₂O₃模块在不同实验温区中单位氧气释放/吸收量、单位反应放热量、还原反应比例、再氧化比例的变化,探究SiO₂对模块反应速率的影响。实验结果表明:未掺杂SiO₂时模块传递氧气能力较好,实验最高温度在1000-1100℃时模块反应性能受温度影响不大,模块在700-1060℃下反应性能最佳,此时模块单位氧气释放/吸收量为773/763μmol/g,单位反应放热量达到最高值（167.27 J/g）,再氧化比例高达98.81%,接近完全再氧化;掺杂10%SiO₂后模块反应性能受温度影响较大,实验最高温度降低时模块还原反应比例和再氧化比例明显降低,模块在700-1080℃下反应性能最佳,此时模块单位氧气释放/吸收量为747/710μmol/g,单位反应放热量为165.75 J/g,再氧化比例为97.55%;掺杂10%SiO₂后80%Mn₂O₃+20%Fe₂O₃模块反应时间可由30 min降低至20 min,模块氧化反应快速区向高温区偏移,模块反应放热品位提高。