通过纳米封装技术提高共晶熔盐的热性能和防潮性，用于中温热能储存

《Journal of Energy Storage》：Enhancing thermal properties and moisture resistance of eutectic molten salts via nanoencapsulation for medium-temperature thermal energy storage

纳米封装策略有效改善LiNO3-NaNO3-KCl熔盐相变材料的泄漏和吸湿问题，通过溶胶-凝胶法制备SiO2纳米壳层包裹的共晶熔盐（NELNK），其相变温度174.7°C、潜热128.8kJ/kg、封装效率66.2%，并具备优异热循环稳定性和抗湿性，为中等温度热能存储提供新方案。

　　

李青|莫松平|林宇轩|贾丽思|杨志|杜彦平|陈颖

广东工业大学材料与能源学院，广州，510006，中国

摘要

为了解决熔盐作为相变材料（PCMs）的局限性，包括泄漏和高吸湿性问题（这些问题阻碍了它们在热能存储中的实际应用），我们开发了一种纳米封装策略。首先通过水溶液蒸发制备了共晶熔盐LiNO₃-NaNO₃-KCl（LNK），然后使用甲基三乙氧基硅烷（MTES）和四乙基正硅酸盐（TEOS）作为共前驱体，通过溶胶-凝胶工艺对LNK进行SiO₂纳米封装，得到了纳米封装的LNK（NELNK）。表征结果显示，其相变温度为174.7°C，过冷度约为0°C，潜热为128.8 kJ/kg，封装率为66.2%。NELNK还表现出优异的热循环稳定性，在经过多次热循环后仍能保持98.3%的能量存储效率。与原始LNK相比，吸湿测试表明其抗湿性显著提高。这项工作通过修改SiO₂壳层成功提升了LNK的性能，为中等温度下的热能存储应用提供了一种有前景的解决方案。

术语表

命名法

ET_mT_s凝固温度H_m熔化焓，kJ·kg^?1H_s凝固焓，kJ·kg^?1μ粘度，kg·m^?1·s^?1

CTAB	溴化十六烷基三甲基铵	TEOS	四乙基正硅酸盐
DSC	差示扫描量热法	TES	热能存储
EDS	能量分散X射线光谱	TGA	热重分析
封装效率	熔点
FT-IR	傅里叶变换
W/O	水包油
XRD	X射线衍射
LNK	50wt%LiNO3–45wt%NaNO3–5wt%KCl	希腊字母
MTES	甲基三乙氧基硅烷
NELNK

材料

用于纳米胶囊合成的所有化学品均为高纯度和分析级，如表1所列。这些试剂未经进一步纯化直接使用，通常用于化学合成和分析测试。

LNK共晶盐的制备

为了减少水分，LiNO₃、NaNO₃和KCl在使用前在120°C下预干燥2小时。将10克LNK共晶盐溶解在50毫升去离子水中，在600转/分钟的磁力搅拌下搅拌1小时，从而制备得到LNK。

NELNK的反应过程和机理

NELNK的合成机理如图1所示。该过程主要涉及形成W/O乳液体系，随后在油水界面处发生二氧化硅前驱体的水解和缩合反应。

首先，将LNK盐和亲水性表面活性剂CTAB溶解在去离子水中，并进行磁力搅拌以形成均匀的水相。然后将此溶液分散到由SBO和亲脂性表面活性剂Span 80组成的油相中。在高速剪切作用下...

结论

本研究旨在解决熔盐PCMs面临的挑战，包括泄漏、热稳定性差和吸湿性问题。通过引入MTES形成一种柔性的、抗湿的二氧化硅壳层来封装吸湿性熔盐，从而开发出一种新型策略。所得到的NELNK纳米胶囊表现出优异的相变性能，熔点为174.7°C，潜热为128.8 kJ/kg，封装率...

CRediT作者贡献声明

李青：撰写 – 原稿撰写，实验研究。 莫松平：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，方法学设计，资金获取，概念构思。 林宇轩：实验研究。 贾丽思：撰写 – 审稿与编辑。 杨志：撰写 – 审稿与编辑。 杜彦平：撰写 – 审稿与编辑。 陈颖：资源协调。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本研究的结果。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（资助编号：[51976040]）的支持。