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Molten chloride salt technology for next-generation CSP plants: Compatibility of Fe-based alloys with purified molten MgCl2-KCl-NaCl salt at 700 °C

Gong, Qing und Hao, Shi und Chai, Yan und Yu, Rui und Weisenburger, Alfons und Wang, Dihua und Bonk, Alexander und Bauer, Thomas (2022) Molten chloride salt technology for next-generation CSP plants: Compatibility of Fe-based alloys with purified molten MgCl2-KCl-NaCl salt at 700 °C. Applied Energy. Elsevier. doi: 10.1016/j.apenergy.2022.119708. ISSN 0306-2619.

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Kurzfassung

Molten chlorides, such as MgCl2-KCl-NaCl, are promising advanced high-temperature (up to 800 °C) thermal energy storage (TES) materials in next-generation concentrating solar power (CSP) plants. However, their high corrosivity to commercial Fe-Cr-Ni alloys impedes the commercial applications of chloride-TES. In this work, we investigated the corrosion of two selected commercial Fe-based alloys (SS 310 and In 800H) in molten MgCl2-KCl-NaCl salt, aiming to study the feasibility of affordable Fe-based alloys instead of expensive Ni-based alloys in the chloride-TES system. The alloy samples were immersed in the liquid-Mg-purified molten salt at 700 °C for 2000 h under a protective inert gas atmosphere. After the corrosion test, SEM-EDX microstructural analysis and mass loss analysis showed that corrosion rates of the immersed alloy samples were lower than 15 µm/year, and the corrosion rates had a decreasing tendency with increasing immersion time during the 2000-hour test. To our best knowledge, this is the first experimental demonstration that corrosion rates of the Fe-based alloys in molten MgCl2-KCl-NaCl salt at 700 °C can be controlled below the target (15 µm/year) proposed by the US Department of Energy (DOE). Using affordable Fe-based alloys as main structural materials, the cost of chloride-TES (27 USD/kWh) could be comparable to that of commercial nitrate-TES (20–33 USD/kWh). Taking advantage of chloride-TES with higher operating temperature, the next-generation CSP plant could use an advanced power cycle (e.g., sCO2 Brayton) to have a much higher energy conversion efficiency, leading to a significantly lower Levelized Cost of Electricity (LCOE) than the current commercial CSP plant.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/187797/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Molten chloride salt technology for next-generation CSP plants: Compatibility of Fe-based alloys with purified molten MgCl2-KCl-NaCl salt at 700 °C
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gong, QingQing.Gong (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hao, Shihao.shi (at) partner.kit.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chai, Yanzudeutschland (at) outlook.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yu, Ruiruiyuupup (at) gmail.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weisenburger, Alfonsalfons.weisenburger (at) kit.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, DihuaSchool of Resources and Environmental Science, Wuhan University (WHU)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bonk, AlexanderAlexander.Bonk (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, Thomasthomas.bauer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Oktober 2022
Erschienen in:Applied Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.apenergy.2022.119708
Verlag:Elsevier
ISSN:0306-2619
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Concentrating solar power (CSP) Thermal energy storage (TES) Fe-based alloy Salt purification Mg corrosion inhibitor
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Thermochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Thermische Prozesstechnik
Hinterlegt von: Gong, Qing
Hinterlegt am:07 Okt 2022 11:05
Letzte Änderung:07 Okt 2022 11:05

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