Phase complex modeling and experimental identification of the compositions of low-melting electrolyte mixtures in the stable triangle LiF-NaF-KCl of the quaternary reciprocal system Li+ ,Na+ ,K+ ||F− ,Cl−

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Alkali metal halides are used as heat-storing materials, electrolytes for chemical power sources and solvents for inorganic substances. Using three-dimensional vector graphics software, a 3D model of the phase equilibrium states of the quasi-ternary system LiF-NaF-KCl, which is a stable triangle of the four-component reciprocal system Li+ ,Na+ ,K+ ||F-,Cl, was constructed. Based on the 3D model, the polythermal and isothermal sections and the polytherm of crystallization of the phases were constructed for the first time. The stable nature of the LiF-NaF-KCl triangle is confirmed by thermodynamic calculations for several temperatures of interaction of mixtures of the substances being a part of the unstable LiCl-NaF-KF triangle. The crystallization polytherm allows us to select mixture compositions in the temperature range from 590 to 650 and from 590 to 700°C for practical use as molten electrolytes for mid-temperature chemical current sources.

About the authors

Alexander Vladimirovich Burchakov

Samara State Technical University

ORCID iD: 0000-0002-3202-3405
Scopus Author ID: 55949044600
ResearcherId: D-6152-2014
244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100

Uliana Alexandrovna Emelyanova

Samara State Technical University

ORCID iD: 0009-0003-6137-249X
244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100

Ivan Kirillovich Garkushin

Samara State Technical University

244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100

Error Mikhaylovna Error

Samara State Technical University

ORCID iD: 0000-0003-4370-0990
244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100

Error Aleksandrovich Error

Samara State Technical University

244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100

References

  1. Васина Н. А., Грызлова Е. С., Шапошникова С. Г. Теплофизические свойства многокомпонентных солевых систем. М. : Химия, 1984. 112 с.
  2. Чернеева Л. И., Родионова Е. К., Мартынова Н. М. Энтальпия плавления солевых эвтектик. М. : Ин-т высоких температур АН СССР, 1980. № 3 (23). 56 с. (Серия: Обзоры по теплофизическим свойствам веществ).
  3. Ma L., Zhang C., Wu Yu., Lu Y. Comparative review of different influence factors on molten salt corrosion characteristics for thermal energy storage // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2012. Vol. 235. Article number 111485. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2021.111485
  4. Caraballo A., Galán-Casado S., Caballero Á., Serena S. Molten Salts for Sensible Thermal Energy Storage: A Review and an Energy Performance Analysis // Energies. 2021. Vol. 14. Article number 1197. 15 p. https://doi.org/10.3390/en14041197
  5. Bauer T., Odenthal Ch., Bonk A. Molten Salt Storage for Power Generation // Chemie Ingenieur Technic. 2021. Vol. 93, № 4. P. 534-546. https://doi.org/10.1002/cite.202000137
  6. Yuan K., Shi J., Aftab W., Qin M., Usman A., Zhou F., Lv Y., Gao S., Zou R. Engineering the thermal conductivity of functional phase-change materials for heat energy conversion, storage, and utilization // Advanced Functional Materials. 2020. Vol. 30. Article number 1904228. 31 pp. https://doi.org/10.1002/adfm.201904228
  7. Бабаев Б. Д. Высокотемпературные фазопереходные теплоаккумулирующие материалы на основе системы Li,Na,Ca,Ba∥F,MoO4 и их свойства // Теплофизика высоких температур. 2014. Т. 52, № 4. С. 568.
  8. Вердиева З. Н., Вердиев Н. Н., Мусаева П. А., Сириева Я. Н. Тепловое аккумулирование на базе эвтектик солевых систем из галогенидов и сульфатов щелочноземельных металлов // Химическая термодинамика и кинетика : сб. материалов XI Междунар. науч. конф. Великий Новгород : Изд-во Новгород. гос. ун-та им. Ярослава Мудрого, 2021. С. 51.
  9. Химические источники тока : справочник / под ред. Н. В. Коровина, А. М. Скундина. М. : Издво МЭИ, 2003. 740 с.
  10. Коровин Н. В. Электрохимическая энергетика. М. : Энергоатомиздат, 1991. 264 с.
  11. Баталов Н. Н. Высокотемпературная электрохимическая энергетика. Успехи и проблемы // XI Междунар. конф. по физ. химии и электрохимии расплавленных и твердых электролитов : тез. докл. : в 2 т. Екатеринбург, УрО РАН, 1998. Т. 1. С. 3-4.
  12. Masset P., Guidotti R. A. Review Thermal activated (thermal) battery technology. Part. II. Molten salt electrolytes // J. Power Sources. 2007. Vol. 164. P. 397-414. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.10.080
  13. Khokhlov V. A. On the Classification of Molten Salt Electrolytes // Russian Metallurgy (Metally). 2010. Vol. 2010, № 2. P. 96-104. https://doi.org/10.1134/S0036029510020047
  14. Блинкин B. Л., Новиков В. Н. Жидкосолевые ядерные реакторы. M. : Атомиздат, 1978. 111 с.
  15. Делимарский Ю. К., Барчук Л. П. Прикладная химия ионных расплавов. Киев : Наукова думка, 1988. 192 с.
  16. Бабиков Л. Г., Баранов М. В., Бекетов А. Р., Васин Б. Д., Волкович В. А., Десятник В. Н., Казанцев Г. Н., Катышев С. Ф., Распопин С. П., Скиба О. В., Трифонов И. И., Трифонов К. И. Катышев Сергей Филиппович. Патент № 2577756 РФ, МПК G21C 3/42. Топливо энергетического реактора на быстрых нейтронах с активной зоной в виде солевого расплава для конверсии тория-232 в уран-233: № 2011152408/07 ; Заявл. 21.12.11 ; Опубл. 20.03.16 ; Бюль. № 8. 3 с.
  17. Трифонов К. И., Заботин И. Ф., Катышев С. Ф., Никифоров А. Ф. Электропроводность расплавов смесей трихлорида гадолиния с хлоридами натрия и калия // Расплавы. 2017. № 6. С. 512- 515.
  18. Trifonov K. I., Zabotin I. F., Krotov V. E., Nikiforov A. F. Density and molar volume of molten GdCl3-NaCl and GdCl3-KCl binary mixtures // Russian metallurgy (Metally). 2019. № 8. P. 838-841.
  19. Гаркушин И. К. Применение солевых, оксидно-солевых и оксидных составов в технологии // Термический анализ и фазовые равновесия. Пермь : Перм. гос. ун-т, 1984. С. 101-111.
  20. Делимарский Ю. К. Химия ионных расплавов. Киев : Наук. думка, 1980. 323 с.
  21. Присяжный В. Д., Кириллов С. А. Химические процессы в расплавленных солевых средах // Ионные расплавы. 1975. № 3. С. 82-90.
  22. Khokhlov V., Ignatiev V., Afonichkin V. Evaluating physical properties of molten salt reactor fluoride mixtures // Journal of Fluorine Chemistry. 2009. Vol. 130, № 1. P. 30-37.
  23. Sangster J., Pelton A. D. Thermodynamic calculation of phase diagrams of 60 common-ion ternary systems with ordinary ions containing cations Li, Na, K, Rb, Cs and anions F, Cl, Br, I // J. Phase Equilibria and Diffusion. 1991. Vol. 12, iss. 5. P. 511-537.
  24. Sangster J., Pelton A. D. Phase diagrams and thermodynamic properties of 70 binary alkaline-halide systems containing common ions // J. Phys. Chem. Ref. Data. Vol. 16, № 3. P. 509-561.
  25. Минченко В. И., Степанов В. П. Ионные расплавы: упругие и калориметрические свойства. Екатеринбург : УрО РАН, 2008. 340 с.
  26. Janz G. J. Thermodynamic and Transport Proptrties for Molten Salts // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1988. Vol. 17. Supplement № 2. 319 р.
  27. Гаркушин И. К., Кондратюк И. М., Дворянова Е. М., Данилушкина Е. Г. Анализ, прогнозирование и экспериментальное исследование рядов систем из галогенидов щелочных и щелочноземельных элементов. Самара : Самар. гос. техн. ун-т, 2007. 148 с.
  28. Бурчаков А. В. Моделирование фазового комплекса многокомпонентных систем с участием хроматов и галогенидов щелочных металлов : дис. … канд. хим. наук. Самара, 2016. 195 с.
  29. Ганин Н. Б. Проектирование и прочностной расчет в системе КОМПАС-3D V13. 8-e изд., перераб. и доп. М. : ДМК Пресс, 2011. 320 с.
  30. Kang J. 3D Stereo spatial phase diagram for typical complex ternary system // J. Kang. Material Sci. & Eng. 2019. Vol. 3, iss. 1. P. 38-40.
  31. Гаркушин И. К., Чугунова М. В., Милов С. Н. Образование непрерывных рядов твердых растворов в тройных и многокомпонентных солевых системах. Екатеринбург : УрО РАН, 2011. 140 c.
  32. Термические константы веществ : справочник / под ред. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ. 1981. Вып. 10, ч. 2. 300 с.
  33. Barin I., Platzki Z. Thermochemical data of pure substances. Weinheim ; New York : VCH, 1995. 1885 р.
  34. Радищев В. П. Многокомпонентные системы. М. : 1963. Деп. в ВИНИТИ АН СССР, № 1516- 63. 502 с.
  35. Посыпайко В. И. Методы исследования многокомпонентных систем. М. : Наука, 1978. 255 с.
  36. Посыпайко В. И., Васина Н. А., Грызлова Е. С. Конверсионный метод исследования многокомпонентных взаимных солевых систем // Докл. АН СССР. 1975. Т. 23, № 5. С. 1191-1194.
  37. Козырева Н. А. Матрицы фигур конверсии пятикомпонентных взаимных систем из 9 солей // Докл. РАН. 1992. Т. 325, № 3. С. 530-535.
  38. Трунин А. С. Комплексная методология исследования многокомпонентных систем. Самара : СамГТУ. 1997. 308 с.
  39. Артемов Н. А., Чижов П. С. Практическое руководство по выполнению рентгенофазового анализа минералов с использованием программных комплексов Crystallographica Search-Match и Siroquant. М. : МГУ, 2009. 52 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).