南京工业大学凌祥教授等：高温储热用MgCl₂-NaCl-KCl熔盐的研究进展

南京工业大学凌祥教授等：高温储热用MgCl₂-NaCl-KCl熔盐的研究进展

随着化石能源短缺和环境问题加剧，聚光太阳能（CSP）技术与热储能技术（TES）的结合成为有效利用太阳能的重要途径。在这一领域，MgCl₂-NaCl-KCl三元氯化物熔盐因其优异的热物理性能、较高的热稳定性和低成本，成为下一代熔盐储能技术（工作温度>700℃）中最有前途的材料之一。本文综述了近期关于MgCl₂-NaCl-KCl熔盐的研究进展，包括其热物理性能、腐蚀性问题及缓解策略，并对其未来发展方向进行了展望。

聚光太阳能与热储能技术结合的背景

聚光太阳能（CSP）技术与热储能技术（TES）的结合是有效利用太阳能的重要途径。熔盐作为常见的中高温储热材料，其中MgCl₂-NaCl-KCl三元氯化物熔盐凭借其优异的热物理性能、较高的热稳定性以及低成本，成为下一代熔盐储能技术（工作温度>700℃）中最有前途的材料之一。

热物理性能研究

熔盐的热物理性能，如熔点、比热容、密度、热导率等，对储热系统的设计和优化具有重要意义。目前，关于MgCl₂-NaCl-KCl熔盐的热物理性能研究主要从实验研究和模拟研究两方面展开：

• 实验研究：通过实验测定熔盐的热物理性能，但存在危险性和成本较高的问题。
• 模拟研究：基于机器学习的分子动力学模拟展现出较好的应用前景，但目前还不能准确预测熔盐的蒸气压，且模拟精度有待提高。

图1展示了下一代CSP电站中使用氯化物熔盐的概念图。

腐蚀性问题及缓解策略

氯化物熔盐对金属材料的强腐蚀性是其应用的主要障碍。针对这一问题，研究者们从以下几个方面进行了探索：

• 降低熔盐的腐蚀性：通过热净化+Mg处理可以降低熔盐的腐蚀性，但Mg的最佳添加量及其对熔盐热物理性能的影响仍需进一步研究。
• 提高金属材料的耐蚀性能：开发新型耐腐蚀材料是解决腐蚀问题的重要途径。
• 腐蚀监测系统：使用拉曼光谱和红外光谱监测熔盐中腐蚀性杂质是一种有效方法，但目前相关研究数据仍显不足。

未来发展方向

尽管MgCl₂-NaCl-KCl熔盐在高温储热领域展现出巨大潜力，但仍面临一些挑战：

• 需要更全面的热物理性质研究
• 分子动力学模拟精度需要进一步提高
• 腐蚀性问题的解决方案仍需深入探索

表2 三元氯盐MgCl₂-KCl-NaCl的组成和熔融温度

作为一种先进的储热介质，三元氯化物熔盐MgCl₂-KCl-NaCl在储热系统中展现出了巨大的应用潜力。然而，要实现其大规模应用，仍需克服热物理性能参数获取难、腐蚀性强等问题。未来的研究应重点关注热物理性质的全面研究、模拟精度的提升以及腐蚀性问题的系统解决方案。