07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Charakterizace směsi solí NaNO₃-KNO₃ pomocí přístrojů pro termickou analýzu NETZSCH a rentgenové difrakce
Soli a solné systémy mají široké spektrum využití v mnoha průmyslových odvětvích i v každodenním životě - od konzervace potravin a ochucování až po léčiva, medicínu, zemědělství a úpravu vody. Kromě toho je značná škála solí nezbytná v průmyslových odvětvích, jako je chemická výroba, metalurgie a výroba energie, včetně jaderných a solárních technologií.
Nové poznatky o fázové stabilitě NaNO₃-KNO₃ pro skladování tepelné energie
Naše nejnovější studie se zaměřuje na systém NaNO₃-KNO₃, který je široce používanou teplonosnou kapalinou a materiálem pro skladování tepelné energie v koncentrovaných solárních elektrárnách (CSP). Navzdory jeho rozsáhlému použití přetrvávají nesrovnalosti v rovnovážných fázových diagramech způsobené tvorbou metastabilních fází ovlivněných experimentálními podmínkami.
Integrací diferenční skenovací kalorimetrie (DSC), termomechanické analýzy (TMA), laserové bleskové analýzy (LFA) a vysokoteplotní rentgenové difrakce (HTXRD) jsme získali hlubší vhled do tepelných a strukturních vlastností systému. Zejména HTXRD potvrdila vznik metastabilních fází pevného roztoku, což posiluje potřebu kombinovaného tepelného a strukturního přístupu k úplnému pochopení chování materiálu.
Nedávný vědecký článek"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction", publikovaný v časopise Journal of Materials Research and Technology, se těmito nesrovnalostmi přímo zabývá.
V této studii byl použit multitechnický přístup zahrnující diferenční skenovací kalorimetrii (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), termomechanickou analýzu (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), laserovou bleskovou analýzu (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) a vysokoteplotní rentgenovou difrakci (HTXRD - Empyrean Series 3).
Výsledky ukazují významné rozdíly v přechodových teplotách a objemových změnách mezi prvním a druhým cyklem zahřívání. Vysokoteplotní XRD studie navíc potvrdily vznik a přetrvávání metastabilních fází, čímž se vyřešily dosud nevyřešené nesrovnalosti v uváděných údajích.
Začlenění pokročilých experimentálních technik do termické analýzy významně zvyšuje spolehlivost termofyzikálních vlastností, které jsou klíčové pro vývoj spolehlivých termodynamických databází. Tato integrace podporuje vývoj inovativních materiálů optimalizovaných pro různá teplotní pásma, čímž se zvyšuje účinnost a udržitelnost průmyslových procesů a řešení pro skladování energie.
Pro podrobnější prozkoumání metod a výsledků je celá výzkumná zpráva k dispozici online:
Poděkování
Tato studie byla provedena ve spolupráci výzkumníků z NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Německo), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Nizozemsko) a Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Německo). Děkujeme autorům za cenné příspěvky a podporu, kterou nám poskytly jejich příslušné instituce.
Podívejte se také na náš webinář: Solné systémy zkoumající experimentální limity
Systémy solí tvoří vedle oxidů a kovů samostatnou skupinu materiálů. Jejich široké využití jako teplonosných médií nebo chemických reaktantů v klíčových průmyslových odvětvích, jako je metalurgie, jaderná a solární energetika, je dáno jejich jedinečnými termofyzikálními vlastnostmi a relativně nízkou cenou a dostupností. Kombinace solí s různými kationty a anionty výrazně zvyšuje rozmanitost aplikací. Přesné stanovení termofyzikálních vlastností, jako je HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota, tepelná kapacita a Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita, je do značné míry závislé na přípravě vzorku a volbě materiálu kelímku. Informace o tepelné stabilitě a odpařovacím/rozkladném chování solí jsou rovněž důležité pro interpretaci experimentálních výsledků. Některé směsi solí mohou vytvářet metastabilní fáze, které mohou záviset na teplotním programu nebo jiných parametrech experimentálního zařízení.
Všechny tyto problémy a možnosti jejich řešení při zkoumání systémů solí pomocí přístrojů TG/DTA/DSC/TMA/LFA budou diskutovány na našem webináři.
