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Stabilization of Solar Salt at 650 °C – Thermodynamics and practical implications for thermal energy storage systems

Steinbrecher, Julian und Hanke, Andrea und Braun, Markus und Bauer, Thomas und Bonk, Alexander (2023) Stabilization of Solar Salt at 650 °C – Thermodynamics and practical implications for thermal energy storage systems. Solar Energy Materials and Solar Cells, 258, Seite 112411. Elsevier. doi: 10.1016/j.solmat.2023.112411. ISSN 0927-0248.

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2MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0927024823002325

Kurzfassung

Thermal Energy Storage (TES) based on molten salts is thought to play a major role for the transition from fossil fuels to renewable energy carriers in the future. Solar Salt, a mixture of NaNO3-KNO3 is currently the state-of-the-art heat transfer and storage material in Concentrating Solar Power (CSP) plants which produce electricity from a Rankine cycle with steam temperatures up to 550 °C. To allow a technology transfer and adapt Solar Salt based TES systems to modern, high temperature Rankine cycles (e.g. Tsteam > 600 °C), the thermal stability of Solar Salt needs to be increased well above 615 °C. At these temperatures, the formation of nitrites, which depends on the oxygen partial pressure above the melt, needs to be suppressed effectively to prevent further decomposition into corrosive oxide ions. In this work, the thermodynamics of the nitrite-forming reaction at different oxygen partial pressure are explored in a temperature range up to 650 °C from isothermal experiments in the 100 g scale and limitations of the ideal description are revealed. The measured apparent oxide ion formation rates at 100 g scale were below previous findings. The activation energy found was 60 ± 15 kJ/mol and the preexponential factor 1*10^5 ± 0.00005 s-1. The effect of closing the storage system in terms of gas and salt phase at 645 °C are also explored to understand if and how pressure formation and oxygen release correlate. The results of this work finally contribute to an understanding of the decomposition reactions of Solar Salt at previously untouched temperatures.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200891/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Stabilization of Solar Salt at 650 °C – Thermodynamics and practical implications for thermal energy storage systems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Steinbrecher, Julianjulian.steinbrecher (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1692-7487NICHT SPEZIFIZIERT
Hanke, AndreaAndrea.Hanke (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4137-7985NICHT SPEZIFIZIERT
Braun, Markusmar.braun (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, Thomasthomas.bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4080-7944NICHT SPEZIFIZIERT
Bonk, AlexanderAlexander.Bonk (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0676-7267NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:16 Juni 2023
Erschienen in:Solar Energy Materials and Solar Cells
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:258
DOI:10.1016/j.solmat.2023.112411
Seitenbereich:Seite 112411
Verlag:Elsevier
ISSN:0927-0248
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Concentrating Solar Power, Thermal Energy Storage, Molten Salt, Stability, Degradation
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: Bonk, Alexander
Hinterlegt am:21 Dez 2023 13:13
Letzte Änderung:30 Jan 2024 13:00

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