纳米MgO_熔盐复合材料的制备及性能研究.pdf

摘要

面对日益严重的能源危机，大力发展可再生能源刻不容缓。太阳能热发电技术在缓

解能源危机方面表现出了巨大的优势，其中主要技术体现在传储热系统，而传储热材料

则是该系统的核心组成。硝酸熔盐由于其优异的性能在太阳能热发电中得到了广泛的应

用，但是硝酸熔盐的比热容和热导率仍需进一步提高，以提高储热系统的储热密度和传

热效率。因此，制备高储热密度、高传热性能、高稳定性和低腐蚀性的熔盐传储热材料，

具有重要的研究意义。

由于熔盐高温段的比热容测量困难，且测量准确性有待确认，本文分别采用高温落

入式量热法和差示扫描量热法（DSC）测量相同熔盐的比热容，以确定比热容测量结果

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的可靠性。研究结果表明，对于低于500C硝酸熔盐的比热容，两种方法测量结果偏差

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不大；对于高于500C温度段的熔盐比热容测量，大多数DSC法难以胜任，高温落入

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式量热法因其测量温度范围为常温~1200C，有望成为最终解决问题的方法。

为提高熔盐的比热容和热导率，本文分别采用机械混合法(MgO-HD)、喷雾法

(MgO-HS)、一次电磁法(MgO-HT)和二次电磁法(MgO-HO)制备了四个系列的MgO/Hitec

熔盐复合材料，其中Hitec(KNO:NaNO:NaNO53wt%:7wt%:40wt%)。采用测量速率较

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快的DSC法监测所制熔盐复合材料比热容来选择制备条件。结果表明，电磁加热30min

再于马弗炉中恒温5h的一次电磁法是MgO/Hitec熔盐复合材料最佳制备条件。该方法

制备的含2.5wt.%MgO的熔盐复合材料MgO-HT-2.5，其液体段的比热容由基盐Hitec

的1.428J/g∙K提高到1.737J/g∙K，提升率是所制熔盐复合材料中最高的为21.6%。

密度和热导率测量结果表明，MgO/Hitec熔盐复合材料的密度与Hitec熔盐的十分接近，

热导率平均值为0.484W/(mK)，比Hitec的提高了7.8%。体积储能密度计算结果表明，∙

所制MgO/Hitec熔盐复合材料的最大提升率为23%。基于X射线衍射仪（XRD）的谢

乐公式计算和纳米粒度电位法的颗粒度分析结果表明，所得MgO-HT-4.5熔盐中MgO

平均晶粒尺寸~40nm；分散于水溶液的聚集颗粒尺寸约为200nm，分散性良好，分散

稳定不沉降。制备所得熔盐复合材料液体呈牛乳状，MgO颗粒熔盐中悬浮稳定，流动

性好。

鉴于熔盐在高温条件下可能会发生分解，需对其稳定性进行研究。本文对MgO/Hitec

熔盐复合材料进行了短期和长期稳定性研究，短期稳定性结果确定了熔盐在500℃条件

下质量损失很小。因此，在该温度下进行了长期稳定性实验研究，研究分别在有盖的刚

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玉坩埚和圆筒状铁基合金316L、347与镍基合金In625合金坩埚中进行，恒温储热时间

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长达720h。结果表明，MgO-HT-2.5的长期稳定性良好，经过720h且500C的长期储

热后，熔盐中的MgO颗粒不仅没有继续长大，其颗粒在熔盐中变得更加的分散。

对316L、347和In625合金坩埚的垂直筒壁内表面和截面进行SEM观察，了解在

非重力影响下，MgO颗粒加入熔盐后对筒壁内表面腐蚀的影响。再通过浸没法，研究

水平置于刚玉坩埚底部且隔绝空气情况下的片状316L、347和In625合金片，在Hitec

和MgO-HT-2.5熔盐复合材料中的短期和长期腐蚀性，了解在隔绝空气和重力影响工况

下，MgO颗粒加入熔盐后，对三种合金腐蚀性的影响。通过测量金属片质量损失率随

时间的变化，以了解该工况下的腐蚀程度；通过扫描电子显微镜（SEM）及XRD来观

察金属片表面腐蚀形貌及腐蚀产物。短期腐蚀结果表明，在MgO-HT-2.5熔盐复合材料

中，金属片的质量损失大于在Hitec中的；SEM观察发现，在MgO/Hitec中，金属片的

表面氧化产物更加致密。长期腐蚀结果表明，在