Study on electrodes for corrosive impurity measurements in molten chloride salts

Kurzfassung

The use of molten chloride salts as a heat transfer fluid and thermal energy storage material for concentrated solar power plants is a recently investigated way to improve the energy conversion efficiency by applying elevated temperatures. Impurities (MgCl(OH)) in the molten chloride salt lead to corrosive behavior towards structural materials. To monitor these impurities in the molten salt, the German Aerospace Center introduced an in-situ monitoring method using cyclic voltammetry. However, during cyclic voltammetry, passivating species (MgO) are formed, which could cause passivation of the electrodes over time. Experiments performed with tungsten electrodes were performed to investigate this possible passivation problem. A change in electrode performance during the experiments and indications of electrode passivation could eb observed. In addition, initial tests have been conducted on the use of liquid metal electrodes with molten chloride salt. The liquid surface of the electrodes could possibly prevent the attachment of passivating particles and thus is a strategy for electrodes with long lifetime. Electrochemical effects have been observed during cyclic voltammetry with Mg-Al liquid metal electrodes, as well as indications of independent electrode recovery. This leads to the assumption that cyclic voltammetry with liquid metal electrodes can be successful. Die Verwendung von geschmolzenen Chloridsalzen als Wärmeübertragungsflüssigkeit und thermisches Energiespeichermaterial für solarthermische Kraftwerke ist eine kürzlich untersuchte Möglichkeit zur Verbesserung der Energieumwandlungseffizienz durch die Anwendung erhöhter Temperaturen. Verunreinigungen (MgCl(OH)) im geschmolzenen Chloridsalz führen zu korrosivem Verhalten gegenüber Konstruktionsmaterialien. Um diese Verunreinigungen in der Salzschmelze zu überwachen, führte das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt eine In-situ-Überwachungsmethode mittels zyklischer Voltammetrie ein. Bei der zyklischen Voltammetrie bilden sich jedoch passivierende Spezies (MgO), die mit der Zeit zu einer Passivierung der Elektroden führen können. Um dieses mögliche Passivierungsproblem zu untersuchen, wurden Experimente mit Wolframelektroden durchgeführt. Während der Experimente konnte eine Veränderung der Elektrodenleistung und Anzeichen für eine Elektrodenpassivierung beobachtet werden. Darüber hinaus wurden erste Tests zur Verwendung von Flüssigmetallelektroden mit geschmolzenem Chloridsalz durchgeführt. Die flüssige Oberfläche der Elektroden könnte möglicherweise das Anhaften von passivierenden Partikeln verhindern und ist somit eine Strategie für Elektroden mit langer Lebensdauer. Bei der zyklischen Voltammetrie mit Mg-Al-Flüssigmetallelektroden wurden elektrochemische Effekte sowie Hinweise auf eine unabhängige Elektrodenerholung beobachtet. Dies führt zu der Annahme, dass die zyklische Voltammetrie mit Flüssigmetallelektroden erfolgreich sein kann.