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Compatibility of 3D-Printed Oxide Ceramics with Molten Chloride Salts for High-Temperature Thermal Energy Storage in Next-Generation CSP Plants

Ding, Wenjin und Shi, Yuan und Braun, Markus und Kessel, Fiona und Friess, Martin und Bonk, Alexander und Bauer, Thomas (2021) Compatibility of 3D-Printed Oxide Ceramics with Molten Chloride Salts for High-Temperature Thermal Energy Storage in Next-Generation CSP Plants. Energies, 14 (2599). Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/en14092599. ISSN 1996-1073.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/1996-1073/14/9/2599

Kurzfassung

Oxide ceramics could be attractive high-temperature construction materials for critical structural parts in high-temperature molten salt thermal energy storage systems due to their excellent corro-sion resistance and good mechanical properties. The 3D-printing technology allows the produc-tion of ceramic components with highly complex geometries, and therefore extends their applica-tions. In this work, 3D-printed ZrO2 and Al2O3 ceramics were immersed in molten MgCl2/KCl/NaCl under argon or exposed in argon without molten chlorides at 700 °C for 600 h. Their material properties and microstructure were investigated through three-point-bend (3PB) testing and material analysis with SEM-EDX and XRD. The results show that the 3D-printed Al2O3 maintained its mechanical property after exposure in the strongly corrosive molten chloride salt. The 3D-printed ZrO2 had an enhanced 3PB strength after molten salt exposure, whereas no change was observed after exposure in argon at 700 °C. The material analysis shows that some of the ZrO2 on the sample surface changed its crystal structure and shape (T→M phase transfor-mation) after molten salt exposure, which could be the reason for the enhanced 3PB strength. The thermodynamic calculation shows that the T→M transformation could be caused by the reaction of the Y2O3-stabilized ZrO2 with MgCl2 (mainly Y2O3 and ZrO2 with gaseous MgCl2). In conclu-sion, the 3D-printed ZrO2 and Al2O3 ceramics have excellent compatibility with corrosive molten chlorides at high temperatures and thus show a sound application potential as construction mate-rials for molten chlorides.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/142257/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Compatibility of 3D-Printed Oxide Ceramics with Molten Chloride Salts for High-Temperature Thermal Energy Storage in Next-Generation CSP Plants
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ding, WenjinWenjin.Ding (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shi, Yuanyuan.shi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4210-9069NICHT SPEZIFIZIERT
Braun, Markusmar.braun (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kessel, FionaFiona.Kessel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9417-7162NICHT SPEZIFIZIERT
Friess, MartinMartin.Friess (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bonk, AlexanderAlexander.Bonk (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, ThomasThomas.Bauer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Mai 2021
Erschienen in:Energies
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:14
DOI:10.3390/en14092599
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:1996-1073
Status:veröffentlicht
Stichwörter:concentrated solar power (CSP); 3D-printed ZrO2 and Al2O3 ceramics; three-point-bend strength (3PB strength); corrosion resistance; molten salt
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für thermische Hochtemperaturtechnologien, E - Neue Wärmeträgerfluide, E - Thermochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Keramische Verbundstrukturen
Hinterlegt von: Ding, Wenjin
Hinterlegt am:12 Mai 2021 09:42
Letzte Änderung:28 Mär 2023 23:59

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