美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员,布鲁克海文国家实验室和爱达荷州国家实验室和石溪大学已经开发出一种新颖的方法来获得基本见解熔融盐,一个传热介质重要的先进能源技术。
熔融盐或盐融化,保持液体的温度,并提供稳定热一些最热门的应用程序和导电性能。他们可以燃料和冷却核反应堆,权力高温电池和储存能量的集中太阳能发电厂。几十年前一个实验证明了他们潜在的生产安全、有效和可负担得起的核能。
“兴趣重燃使用熔盐解决当前的能源挑战,但是我们需要一个更好的基本的认识盐及其与周围结构材料开发技术的互动,“亚博网站下载ORNL的Vyacheslav Bryantsev说。“通过理论和实验相结合,我们可以创建有用的模型,与很多物理性能工程师设计熔盐系统时需要考虑。”
团队合作作为能源部能源前沿研究中心,研究熔盐在极端环境中。
结果发表在《美国化学学会杂志》上提供难以捉摸的结构和动力学信息使用的合金熔融盐及其交互控制。
对熔盐腐蚀是一种已知的挑战,但是这个过程不是很清楚,因为很难预测和探测实验。原因之一是熔盐是动态的和不断变化的,不仅融化从固态变成液态,也进化与温度和组成的变化。添加到这种复杂性是腐蚀产物,如镍、铬和其他过渡金属与盐混合的方式很难检测和解释。
这项研究开始观察镍的痕迹在chloride-based熔融盐,ZnCl2氯化钾。合作者布鲁克海文国家同步加速器使用内壳层光谱beamline光源II执行扩展x射线吸收精细结构光谱,或EXAFS、一个功能强大的技术,可以挑出特定的元素来了解它们的原子结构。x射线通过发送样品,原子所吸收。辐照原子弹射电子在周围的原子或离子。
研究者能够测量散射模式创建一个图片的协调结构,也就是说,原子和分子的方式排列在一个中心金属离子。在这种情况下,目标是了解镍离子与氯在协调网络可能出现在不同的形式。
传统方法适合EXAFS理论实验数据可以创建一个平均的结构存在但未能捕获熔盐环境的复杂性。氯化镍与形成多个结构,每个不同的协调数字、共存和独立进化。需要新的方法来解释的多样性。
“我们发现,传统的拟合方法不足以描述镍的协调结构,从而使它难以解释实验数据。您需要一种方法能够占到熔盐的高度无序状态,同时出现在许多不同的配置元素,”吉尔说布鲁克海文国家实验室科学家Simerjeet Anatoly弗仑克尔,领导EXAFS数据收集和分析。
研究人员开发出一种方法来识别多个协调状态采用镍-不同配置的镍离子和量化这些人群,一个壮举,以前是不可能发生的。新模型验证使用光学吸收光谱由团队成员在爱达荷州国家实验室。
“我们的第一步是了解熔盐结构网络看原子级别以及如何通过氯化镍成为这个网络的一部分分享。通常,镍和其他阳离子(即锌)在融化被发现在他们之间共享一个或两个氯化物密切接触配置,”罗伊说ORNL Santanu。
一旦研究人员确定协调结构,下一步是要理解为什么随着时间的推移以及它们是如何形成和演化的熔盐环境。
“我们知道在熔融盐的结构形式是动态的和敏感的温度和成分的变化,但我们想量化关系,”罗伊说。“氯化镍网络通过一个氯离子交换的过程继续发展。氯离子与其他氯离子移动和贸易的地方,当这种情况发生时,整个网络可能采用新结构。”
研究小组显示,正如所料,离子获得更多的动能随着盐融化温度的增加,导致更快的氯化镍离子交换动力学。一个令人惊讶的结果是,变化的复合盐熔体通过调整元素的比例也显著影响氯离子交换动力学,变得更快,当更多的结构性障碍。一个关键发现氯离子交换动力学有关的函数熔体成分协调结构采用镍离子。
研究显示几个关键方面的离子在熔融盐和互动的方式描述了规则不同的协调结构如何形成。
“这些努力结合理论和实验做出重大飞跃连接基本见解属性,如离子溶解度和运输,可以针对特定的应用程序进行了优化,“Bryantsev说。
《华尔街日报》的文章发表“阐明局部结构的整体分析,动力学,和物种形成熔融盐高的结构性障碍。”
这项工作是由美国能源部科学办公室的熔融盐在极端环境中能源前沿研究中心。亚博老虎机网登录
UT-Battelle管理ORNL能源部科学办公室,最大的支持者的物理科学基础研究在美国。亚博老虎机网登录科学的办公室正在努力解决一些亚博老虎机网登录最紧迫的挑战我们的时间。
来源:https://www.ornl.gov/