26.07.2022 - University of Cincinnati

Recherche sur le sucré : des chimistes percent les secrets des sels fondus

Des scientifiques découvrent les propriétés thermodynamiques des sels fondus, utilisés dans l'énergie solaire et nucléaire

Un chimiste de l'université de Cincinnati a trouvé une nouvelle façon d'étudier les propriétés thermodynamiques des sels fondus, qui sont utilisés dans de nombreuses applications d'énergie nucléaire et solaire.

Yu Shi, chercheur associé au College of Arts and Sciences de l'université et chimiste informaticien, et ses collaborateurs ont mis au point une nouvelle méthode de simulation pour calculer l'énergie libre à l'aide de l'intelligence artificielle d'apprentissage profond.

Le sel fondu est un sel chauffé à des températures élevées où il devient liquide. Les chercheurs de l'UC ont étudié le chlorure de sodium, communément appelé sel de table. Selon M. Shi, le sel fondu possède des propriétés qui en font un milieu précieux pour les systèmes de refroidissement des centrales nucléaires. Dans les tours solaires, ils peuvent être utilisés pour transférer la chaleur ou stocker l'énergie.

Paradoxalement, alors que le sel est un isolant, le sel fondu conduit l'électricité.

"Les sels fondus sont stables à haute température et peuvent contenir beaucoup d'énergie à l'état liquide", a déclaré Shi. "Ils ont de bonnes propriétés thermodynamiques. Cela en fait un bon matériau de stockage d'énergie pour les centrales solaires à concentration. Et ils peuvent être utilisés comme liquide de refroidissement dans les réacteurs nucléaires."

L'étude pourrait aider les chercheurs à examiner la corrosion que ces sels peuvent provoquer dans les conteneurs métalliques comme ceux que l'on trouve dans la prochaine génération de réacteurs nucléaires.

L'étude fournit une approche fiable pour étudier la conversion du gaz dissous en vapeur dans les sels fondus, ce qui aidera les ingénieurs à comprendre l'effet de différentes impuretés et solutés (la substance dissoute dans une solution) sur la corrosion. Selon M. Shi, cette méthode aidera également les chercheurs à étudier le rejet de gaz potentiellement toxiques dans l'atmosphère, ce qui sera extrêmement utile pour les réacteurs nucléaires à sels fondus de quatrième génération.

"Nous avons utilisé notre théorie quasi-chimique et notre réseau neuronal profond, que nous avons formé à l'aide de données générées par des simulations quantiques, pour modéliser la thermodynamique de solvatation du sel fondu avec une précision chimique", a déclaré Shi.

Le coauteur de l'étude, Thomas Beck, est l'ancien directeur du département de chimie de l'université de Californie du Sud et travaille aujourd'hui en tant que responsable de l'engagement scientifique pour le laboratoire national d'Oak Ridge, dans le Tennessee. Selon Beck, les sels fondus ne se dilatent pas lorsqu'ils sont chauffés, contrairement à l'eau qui peut créer une pression extrême à haute température.

"La pression à l'intérieur d'un réacteur nucléaire augmente beaucoup. C'est toute la difficulté de la conception d'un réacteur - cela entraîne davantage de risques et des coûts plus élevés", a-t-il déclaré.

Les chercheurs se sont tournés vers l'Advanced Research Computing Center de l'UC et l'Ohio Supercomputer Center pour effectuer les simulations.

"À Oak Ridge, nous avons le superordinateur le plus rapide du monde, donc notre expérience prendrait moins de temps ici", a déclaré Beck. "Mais sur les superordinateurs classiques, l'exécution de ces simulations quantiques peut prendre des semaines ou des mois".

L'équipe de recherche comprenait également Stephen Lam, de l'université du Massachusetts Lowell.

"Il est important de disposer de modèles précis de ces sels. Nous avons été le premier groupe à calculer l'énergie libre du chlorure de sodium à haute température dans un liquide et à la comparer aux expériences précédentes", a déclaré Beck. "Nous avons donc prouvé que c'est une technique utile".

En 2020, Shi et Beck ont établi une échelle d'énergie libre pour l'hydratation d'un seul ion en utilisant la théorie quasi-chimique et des simulations de mécanique quantique de l'ion sodium dans l'eau dans une étude publiée dans la revue PNAS. Il s'agit du premier calcul d'énergie libre de solvatation pour le soluté chargé utilisant la mécanique quantique, a déclaré Shi.

Selon M. Beck, les sels fondus seront importants pour le développement de nouvelles sources d'énergie, et peut-être même un jour de l'énergie de fusion.

"Ils proposent d'utiliser les sels fondus comme réfrigérant de revêtement pour le réacteur à haute température", a-t-il dit. "Mais la fusion est plus loin sur la route".

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Faits, contextes, dossiers
  • chimie
  • sels