One-step synthesis of anhydrous Mg(NO3)2-NaNO3-KNO3 molten salt for high-temperature thermal energy storage
本研究表明，通过一步脱水合成制备的无水 Mg(NO3)2-NaNO3-KNO3 三元熔盐显著增强了热稳定性、降低了熔点并提高了熔化潜热，使其成为浓缩太阳能发电应用中极具前景的高温热能储存候选材料。
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太阳的“粘性”难题与干盐的魔力
想象一下，试图像存钱进存钱罐一样储存太阳能。当阳光灿烂时，你希望尽可能捕捉更多的热量，并为阴雨天或多云的夜晚做好储备。这就是聚光太阳能热发电（CSP）背后的核心理念。科学家利用巨大的镜子将阳光聚焦到一个接收器上，加热流经管道的特殊液体。这种热液体随后驱动涡轮机发电，甚至在太阳下山后也能持续供电。
问题在于寻找完美的“存钱罐”液体。长期以来，科学家一直使用两种常见盐类（硝酸钠和硝酸钾）的混合物，因为它们价格低廉且储热能力强。但它们有两个令人恼火的缺陷：熔点过高（导致启动困难），且在温度过高时会开始分解和“腐烂”，从而限制了能量储存量。为了解决这个问题，研究人员尝试添加第三种成分：硝酸镁。这就像是在汤里加入一种秘密香料来降低熔点。然而，他们通常购买的硝酸镁都带着沉重的“水分子背包”（即它是“水合物”）。当你试图熔化这种湿润的盐时，水分会引发化学混乱，产生破坏混合物的腐蚀性“黏液”，并使混合物在高温下变得不稳定。挑战在于：如何在不破坏盐类或使其发生爆炸的情况下，把水分脱除？
一步到位的干燥妙招
在这项研究中，来自青海师范大学及其他机构的研究团队决定正面解决这个“湿盐”问题。他们想要创造一种超稳定、无水（无水物）的三盐混合物：硝酸镁、硝酸钠和硝酸钾。由于购买现成的无水硝酸镁既昂贵又难以处理，他们决定从廉价的湿润版本入手，并想出了一个巧妙的一步法，直接在混合物内部将其干燥。
把湿润的硝酸镁晶体想象成浸透了水的海绵。如果你只是把它们扔进热烤箱，水分可能会过快地蒸发，导致海绵碎裂或与其它盐类发生不良反应。研究人员设计了一个特定的“烘焙计划”来温柔地挤出水分。他们将湿润的硝酸镁放在一个特殊的容器中，并分阶段进行加热。首先将其加热到 150°C，然后是 250°C，最后是 300°C，并在每个温度下保持特定时间。他们是在真空环境（没有空气的空间）或在气体流的作用下进行的，以便在水蒸气离开盐类时立即将其带走。这种细致、循序渐进的干燥过程将不稳定的湿盐转化为了干燥、稳定的粉末，而没有让其变成通常会发生的腐蚀性“黏液”。
一旦硝酸镁变干，他们就将其与其他两种盐混合，制备出这种新型的“MNK”三元熔盐。随后，他们对这种新混合物进行了一系列测试，以观察其表现与旧版湿盐的区别。他们使用了一种名为 TG-DSC 的机器，它就像一个既能称重又能测量热量的超级智能天平。它在缓慢加热盐类的同时测量重量（以观察其是否因分解或失水而减重），并测量其熔化所需的能量。
结果非常令人振奋。新的干盐是比湿盐更好的储热材料。首先，它直到达到 457.6°C 时才开始分解，而湿盐在仅 404.1°C 时就开始崩溃。这意义重大，因为这意味着你可以将盐加热到更高温度，从而储存更多能量而不至于“腐烂”。研究人员发现，干盐可以在高达 450°C 的环境下安全运行，扩展了太阳能电站的“安全区”。
其次，干盐的熔点更低。湿混合物需要达到 157.5°C 才能变成液体，而干版本在 148.2°C 时就开始熔化。这使得系统在早晨更容易启动。更棒的是，当它熔化时，吸收的能量也更多。其“熔化潜热”（熔化时吸收的能量）从湿盐的 66.61 J·g⁻¹ 大幅跃升至干盐的 88.71 J·g⁻¹。这显著提升了盐类的“电池容量”。
团队还检查了盐类在反复加热和冷却过程中（模拟长年的昼夜循环）是否能存活。在将干盐加热到 450°C 并冷却后，他们对其进行了称重。它几乎没有质量损失（在高温下运行 300 小时后仅损失了约 2.01%），证明其非常稳定。相比之下，由于内部水分逃逸和盐类分解，湿盐在相同温度下损失了大量质量（8.61%）。他们甚至寻找了化学层面的异常迹象，例如是否存在一种名为氢氧化镁硝酸盐的腐蚀性副产物。他们在湿盐样本中发现了这种有害物质，但在干盐中则完全没有发现。
论文总结道，这种简单的单步干燥法是制造高性能太阳能用盐的一种可行途径。通过在盐类熔化前仔细去除水分，他们创造出了一种比传统湿混合物更稳定、储热更多且能承受更高温度的材料。虽然论文并未声称这是所有太阳能问题的最终解决方案，但它表明这种特定的干盐是提高太阳能存储效率和可靠性的极具竞争力的候选材料。
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