Salz-Metallsysteme als neue Speichermaterialien mit verbesserter Wärmeleitfähigkeit zur Speicherung thermischer Energie (SaltMe)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Antonio M. Hurtado; Privatdozent Dr. Michael Müller, seit 4/2023
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497349462

Salzschmelzen werden in wichtigen Industriezweigen wie der Metallurgie, der Kern- und der Solarenergie eingesetzt oder als Elektrolyte verwendet. Ein vielversprechender Bereich für den Einsatz von Salzen sind solarthermische Kraftwerke. Solarthermiekraftwerke werden in den letzten Jahrzehnten zunehmend als erneuerbare Form der Erzeugung von Elektrizität im großtechnischen Maßstab angewendet. Diese Technologie erfordert die Entwicklung leistungsfähiger Systeme zur thermischen Energiespeicherung und Wärmeübertragung.Salzschmelze-Systeme erfüllen verschiedene Kriterien der Energiespeichertechnologien. Sie zeichnen sie sich durch eine hohe Schmelzenthalpie, eine hohe Wärmekapazität und einen niedrigen Preis aus. Einerseits erlaubt die Variation der Salzarten, den Temperaturbereich für die Anwendung als Wärmeträger in verschiedenen industriellen Prozessen anzupassen und effiziente thermische Speicher zu schaffen. Andererseits bestehen die Nachteile von Salzsystemen in ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, hoher Korrosivität und Zersetzung bei hohen Temperaturen. Im vorliegenden Projekt sollen Gemische aus Reinmetallen und Salzschmelzen (sogenannte Metallsalzsysteme) untersucht werden, um die Wärmeleitfähigkeit von Salzschmelzen als Wärmeträgermedium zu erhöhen. Aus ökonomischen und technischen Gründen werden insbesondere kombinierte Metallsalzschmelzen aus Chloridsalzen (Li, Na, K, Mg, Ca // Cl) und entsprechenden Metallen (Li, Na, K, Mg, Ca) ausgewählt. Binäre Metallsalzmischungen sind nur begrenzt technisch einsetzbar und eignen sich nicht für Anwendungsbedingungen, die niedrigere Temperaturen der Phasenübergänge erfordern. Aufgrund ihrer geringeren Komplexität sind sie dennoch zum Nachweis der grundlegenden Hypothesen geeignet. Bei Mehrkomponentensystemen kann die Schmelztemperatur deutlich gesenkt werden. Allerdings gibt es für diese Systeme nur unzureichende Informationen in Literatur. Theoretisch sollte die Wärmeleitfähigkeit dieser Metallsalzschmelzen aufgrund der Homogenität und der Nichtmetall-Metall-Übergänge deutlich erhöht werden. Die thermodynamischen und thermophysikalischen Eigenschaften von Metall-Salz-Gemischen sollen untersucht werden, um die Korrelationen dieser Eigenschaften mit Nichtmetall-Metall-Übergängen zu bestimmen. Um die Hauptparameter neuer Salzmischungen an die Anforderungen der solarthermischen Kraftwerke anzupassen, wird eine große Vielfalt möglicher Kombinationen in Betracht gezogen. Um diese Aufgabe zuverlässig zu lösen, muss eine universell konsistente, thermodynamische Datenbank entwickelt werden. Dafür soll die CALPHAD-Modellierung in Kombination mit der thermochemischen Analyse genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Dmitry N. Sergeev, bis 4/2023