一种多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐及制备方法

技术领域

本发明涉及物理传热储能技术领域，特别涉及一种多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐材料及其制备方法.

背景技术

21世纪以来，由于经济的发展和人口的增长，对能源需求日趋增加，能源问题日趋紧张，能源的过度消耗造成的环境污染也日益严重。天然气、煤炭和石油等化石燃料作为传统的能源，其使用会造成环境的污染和生态的破坏，此外这些能源也都不可再生。面对这一严峻形势，大幅减少化石类能源的开采使用，发展新型可再生能源已成为人类共识。目前，大规模利用太阳能发电领域中的主要技术问题都得到了有效的解决，太阳能发电成本也在逐年下降，在当前的技术发展水平下，太阳能的利用不仅可能而且是可行的。因此，太阳能发电被认为是最优的并能在短时间内实现大规模利用的一种清洁能源利用方式。

在太阳能光热发电系统中，储热系统是整个系统中最关键的部分，储能材料则是影响储热系统的核心因素，目前使用的储能材料主要有空气、水、导热油、液态金属和熔盐等。与其他储能材料相比，熔盐具有比热容高、传热系数高、热稳定性高、温度高、饱和蒸汽压低、低黏度和低价格的“四高三低”的优势，成为光热发电技术中使用最广泛的储能材料。

已商业化应用的熔盐储热材料主要有Solar salt(60％NaNO

综上所述，目前太阳能热电企业使用的商业化熔盐存在熔点高、热稳定性较差、长期使用工作温度范围窄、成本相对较高等缺点，还不能满足先进高参数太阳能热发电的需求，亟需技术突破。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐材料。本发明要解决的另一个技术问题是，提供该多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐材料的制备方法。

本发明的技术方案是，一种多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐，包括如下成分：

硝酸钾：10-50wt％

硝酸钠：10-50wt％

硝酸钙：1-30wt％

氯化钠：1-15wt％

氯化钾：1-15wt％。

根据本发明的多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐，优选的是，还包括如下按质量百分比计的成分：纳米粒子：0.01-5wt％。纳米粒子优选纳米SiO

进一步地，所述多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐包括如下成分：

硝酸钾：15-50wt％

硝酸钠：15-50wt％

硝酸钙：3-30wt％

氯化钠：3-15wt％

氯化钾：3-15wt％

纳米粒子：0.01-4wt％。

进一步地，所述多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐包括如下成分：

硝酸钾：18-48wt％

硝酸钠：18-48wt％

硝酸钙：5-30wt％

氯化钠：5-15wt％

氯化钾：5-15wt％

纳米粒子：0.01-3wt％。

本发明还提供了上述多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐的制备方法，主要包括以下步骤：

步骤S1，将Ca(NO

步骤S2，将硝酸钾、硝酸钠、氯化钠、氯化钾研磨成细颗粒，然后放入加热装置中于100-120℃预烘干1-5小时，再升温到160-200℃烘干10-14小时，放入干燥箱内备用；

步骤S3，将各组分按比例加入混合容器，将多元盐在加热装置内预熔，首先加热熔盐使加热装置内部温度达到280-320℃，熔盐融化后，使混合熔盐保持此状态20-40分钟，然后降温冷却至室温；

步骤S4，将预熔得到的样品进行研磨，获得粒径均匀的混合熔盐颗粒；

步骤S5，将研磨得到的混合熔盐颗粒在加热装置内进行加热，首先加热熔盐使加热装置内部温度达到100-250℃，熔盐融化后，使混合熔盐保持此状态30-70分钟，然后降温冷却至室温；

步骤S6，将冷却到室温的混合熔盐固体进行再次研磨，获得混合熔盐颗粒，然后干燥密封此固体，即获得了宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐。

根据本发明的多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐的制备方法，优选的是，步骤S1所述干燥箱为真空干燥箱。

根据本发明的多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐的制备方法，优选的是，步骤S3加热时的升温速率为8-12℃/min。

根据本发明的多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐的制备方法，优选的是，步骤S5加热时的升温速率为8-12℃/min。

根据本发明的多元宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐的制备方法，优选的是，步骤S3和步骤S5所述加热装置为马弗炉。

优选的是，步骤S1所述的细颗粒为50～200目；步骤S2所述的细颗粒为50～200目；步骤S6所述的细颗粒为50～200目。更优选的是，上述细颗粒的目数为50-150目。

本发明将多种熔盐混合起来形成共晶混合熔盐后能够显著降低混合熔盐的熔点；在硝酸熔盐体系中加入氯盐，在不提升熔点的前提下大幅度提高了其热稳定性；在熔盐中加入纳米粒子，由于熔盐分子与纳米粒子之间的界面热阻使单位质量的纳米盐升高温度需要更高的热量，大幅度提高了熔盐的比热。因此，本发明熔盐具有较低熔点、较好的热稳定性和较高的比热容。

与现有技术相比，本发明从深入研究了各组分的作用，提出了新的配方，同时获得了有益的效果：

(1)本发明混合熔盐熔点低，热分解温度也得到了提高，扩大了工作温度范围；工作温度范围是120℃～650℃。

(2)混合熔盐热稳定性高，高温工作时组分挥发少；热稳定性：分解温度可以达到650℃以上

(3)混合熔盐比热容大，可以作为大规模传蓄热介质；

(4)熔盐制备的方法简单易操作；

(5)使用的熔盐材料价格低廉，成本低。

具体实施方式

结合实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种多元硝酸熔盐材料，其包括的组分及组分质量百分数如下：NaNO

步骤1，将Ca(NO

步骤2，将硝酸钾、硝酸钠、氯化钠、氯化钾研磨成50目的细颗粒，然后放入加热装置中于100℃预烘干2小时，再升温到180℃烘干12小时，放入干燥箱内备用；

步骤3，称取1.5gNaNO

步骤4，将各组分加入坩埚，放入马弗炉内预熔，以10℃/min从室温加热至300℃，熔盐融化后，使混合熔盐保持此状态30分钟，然后降温冷却至室温；

步骤5，将预熔得到的样品进行研磨，获得粒径均匀的混合熔盐颗粒；

步骤6，将研磨得到的混合熔盐颗粒在马弗炉内进行加热，以10℃/min从室温加热至150℃，熔盐融化后，使混合熔盐保持此状态60分钟，然后降温冷却至室温；

步骤7，将冷却到室温的混合熔盐固体进行再次研磨，获得100目的混合熔盐颗粒，然后干燥密封此固体，即获得了宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐。

本案例熔盐熔点120℃，热分解温度也得到了提高达到了650℃。熔盐工作温度范围是120℃～650℃。

实施例2

一种多元硝酸熔盐材料，其包括的组分及组分质量百分数如下：NaNO

步骤1，将Ca(NO

步骤2，将硝酸钾、硝酸钠、氯化钠、氯化钾研磨成100目的细颗粒，然后放入加热装置中于120℃预烘干3小时，再升温到200℃烘干10小时，放入干燥箱内备用；

步骤3，称取2.4gNaNO

步骤4，将各组分加入坩埚，放入马弗炉内预熔，以8℃/min从室温加热至310℃，熔盐融化后，使混合熔盐保持此状态25分钟，然后降温冷却至室温；

步骤5，将预熔得到的样品进行研磨，获得粒径均匀的混合熔盐颗粒；

步骤6，将研磨得到的混合熔盐颗粒在马弗炉内进行加热，以12℃/min从室温加热至200℃，熔盐融化后，使混合熔盐保持此状态45分钟，然后降温冷却至室温；

步骤7，将冷却到室温的混合熔盐固体进行再次研磨，获得100目的混合熔盐颗粒，然后干燥密封此固体，即获得了宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐。

本案例熔盐熔点125℃，热分解温度达到了670℃。熔盐工作温度范围是120℃～650℃。

实施例3

一种多元硝酸熔盐材料，其包括的组分及组分质量百分数如下：NaNO

步骤1，将Ca(NO

步骤2，将硝酸钾、硝酸钠、氯化钠、氯化钾研磨成150目的细颗粒，然后放入加热装置中于110℃预烘干5小时，再升温到180℃烘干12小时，放入干燥箱内备用；

步骤3，称取4g NaNO

步骤4，将各组分加入坩埚，放入马弗炉内预熔，以8℃/min从室温加热至320℃，熔盐融化后，使混合熔盐保持此状态40分钟，然后降温冷却至室温；

步骤5，将预熔得到的样品进行研磨，获得粒径均匀的混合熔盐颗粒；

步骤6，将研磨得到的混合熔盐颗粒在马弗炉内进行加热，以9℃/min从室温加热至250℃，熔盐融化后，使混合熔盐保持此状态35分钟，然后降温冷却至室温；

步骤7，将冷却到室温的混合熔盐固体进行再次研磨，获得150目的混合熔盐颗粒，然后干燥密封此固体，即获得了宽温域高性能传蓄热储能混合熔盐。

本案例熔盐熔点120℃，热分解温度达到了666℃。熔盐的工作温度范围是120℃～650℃。

本发明混合熔盐熔点低，热分解温度也得到了提高，扩大了工作温度范围；工作温度范围是120℃～650℃。本发明混合熔盐具有配制过程简单易行、温域宽、比热容大、热稳定性良好等特点，是一种优良的传蓄热介质，可广泛应用于太阳能光热发电技术领域。