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Die Nitratsalzmischung „Solarsalz“ wird als Wärmespeichermedium in großtechnischen Speichersystemen eingesetzt, die wesentliche Bestandteile von konzentrierenden Solarkraftwerken sind, um die Stromproduktion der Nachfrage anzupassen. Die Speichertemperatur beträgt in bestehenden Systemen maximal 565 °C, soll aber zukünftig ansteigen, um den Wirkungsgrad bei der Verstromung und die Speicherkapazität zu erhöhen. Chemische Reaktionen in Flüssigsalz werden jedoch durch steigende Temperaturen beschleunigt und verstärkt, was zu thermischer Instabilität des Speichermaterials führt und wodurch vermehrt Zersetzungsprodukte einschließlich korrosiver Ionen und toxischer Gase entstehen. Ein grundlegendes Verständnis des Zersetzungsprozesses ist notwendig, um die Materialien bei erhöhten Temperaturen stabil zu halten. In dieser Dissertation sind Reaktionen, die relevanten Zersetzungsprodukte bilden, experimentell untersucht und mathematisch beschrieben. Die Reaktion von Nitrationen zu Nitritionen stellt den ersten Schritt des Zersetzungsprozesses dar und das zugehörige chemische Gleichgewicht ist in zwei Temperaturbereichen (450-550 und 560-630 °C) bestimmt. Die intrinsische Kinetik der Nitritbildung ist bis 550 °C durch thermogravimetrische Analyse untersucht. Das differentielle Zeitgesetz enthält die Kinetik der Hin- als auch der Rückreaktion. Die Zersetzung von Nitritionen weiter zu Oxidionen wird als zweiter Schritt betrachtet. Erstmalig zeigt diese Arbeit Experimente, die ein chemisches Gleichgewicht mit Beteiligung von Oxidionen in Solarsalz belegen. Der Zusatz nitroser Gase zum Spülgas (synthetische Luft) stabilisiert den Oxidgehalt, was bei 600 und 620 °C nachgewiesen ist. Diese Ergebnisse sind besonders wertvoll, da Oxidionen Stahlkorrosion in Solarsalz verstärken. Die intrinsische Kinetik der Oxidbildung ist in Luftatmosphäre bis 630 °C untersucht und mathematisch ausgedrückt. Die Kinetikparameter sind durch Fit der experimentellen Ergebnisse ermittelt. Insgesamt bilden die Zersetzungsreaktionen ein konsistentes Netzwerk, das durch chemische Gleichgewichte und die intrinsische Kinetik zweier Reaktionen beschrieben ist. Die Ergebnisse tragen zur Entwicklung der Flüssigsalz-Wärmespeichertechnologie durch Vorhersage der Solarsalzstabilität bei bestehenden und höheren Betriebstemperaturen bei.

Solar Salt-based nanofluids have attracted significant scientific interest in recent years due to their improved thermal properties, making them strong candidates as thermal energy storage materials and/or heat transfer fluids in CSP plants. There have been reports on increased specific heat due to the addition of nanoparticles, however, there is a lack of comprehensive information on other essential properties affecting the heat transfer, such as the viscosity. This article concerns the rheological behaviour of nanofluids made of Solar Salt (mass percentage at 60% NaNO3 – 40% KNO3) as the base fluid and silica or alumina nanoparticles as additives. The evolution of these nanofluids viscosity as a function of the shear rate (1–1000 s−1) at a temperature range of 250–400 °C was measured and analysed. The impact of the salt purity (refined or industrial grade), the nanoparticle concentration (0.5–1.5 wt%) and the rheometer measuring configuration (coaxial cylinder or parallel plate) are examined. The results showed in general a Newtonian behaviour of the nanofluids with independency of the rheometer configuration. The relationship between the viscosity and the temperature follows an Arrhenius model. The influence of the nanoparticle concentration on the viscosity of the refined grade Solar Salt is analysed according to the Maron-Pierce and Kriegher-Dougherty models for the nanofluids containing alumina and silica nanoparticles respectively, due to their different shape.

This study assessed the behaviour of a constructive material in CSP plants, namelyferritic-martensitic steel, withmoltenNaNO3/KNO3(60/40 wt%), also known asSolar Salt. To this end, EIS is presented as a suitable technique to evaluate and monitor the resistance of this material to Solar Salt at 580 °C. Tests were performed up to 1000 h and results were also supported by gravimetric and microstructuralcharacterisationof the samples andchemical analysisof the salt. According to the EIS results, adiffusion-controlled reactionoccurred during contact, which indicates that the corrosion process follows aporous layermechanism. The results also indicated variations in corrosionlayer thicknessand instability of the salt during the whole test. The EIS results were also used for determining thecorrosion rate, this being estimated at ~300 µm year−1. Results obtained by EIS were in line with the behaviour of P91 steel as measured by gravimetric, morphological and chemical analysis. Thus, the results confirm the suitability of EIS for monitoring corrosion processes in real-time of constructive materials in CSP plants.

For sensible thermal energy storage (TES) in liquids in the temperature range from 250 °C to 550 °C, a mixture of 60 wt% sodium nitrate (NaNO 3 ) and 40 wt% potassium nitrate (KNO 3 ), known as Solar Salt, is commonly utilized. At the time of writing, TES technology for concentrating solar power is the major application. Although commercial systems have been demonstrated, there are still several material aspects to be investigated. In this paper we address thermophysical properties and metallic corrosion, as well as thermal decomposition processes. The paper reviews temperature dependent thermophysical properties of Solar Salt. Deviations among the authors of these properties were small for the density (±1.5%), medium for the heat capacity (±7%) and large for thermal diffusivity and thermal conductivity values (±15%). The paper gives an overview of the various aspects of steel corrosion in molten alkali nitrate salts. From literature data, four steel type categories mainly depending on the temperature range are defined. The paper presents thermal stability examinations of Solar Salt and NaNO 3 by isothermal lab-scale tests and thermal analysis measurements. Salt analysis in the isothermal test showed a steadily increasing oxide level at a constant nitrite to nitrate ratio. The result shows that there are kinetic differences in the first decomposition process with nitrite formation and the second decomposition process with oxide formation. The impact of the partial oxygen pressure on the decomposition temperature was examined by thermogravimetric measurements. Measurements show an improved stability limit for higher partial oxygen pressures.