@ 2022.08.02 , 17:54

借助AI首次以化学准确度计算出氯化钠熔盐的自由能

辛辛那提大学的一位化学家提出了一种研究熔盐热力学特性的新方法,熔盐可应用与诸多核能和太阳能领域。

加州大学文理学院研究助理和计算化学家Yu Shi与合作者开发了一种新的模拟方法,使用深度学习人工智能计算自由能。

熔盐即将盐熔化成液态。加州大学的团队研究氯化钠,俗称食盐。Shi说,熔盐的特性使其成为核电站冷却系统的宝贵介质。在太阳能塔中,它们可用于传递热量或储存能量。

矛盾的是,虽然盐颗粒是绝缘体,但熔盐可以导电。

“熔盐在高温下很稳定,且可以在液态下保存大量热,它们具有良好的热力学特性。这使它们成为聚光太阳能发电厂的良好储能材料。它们可以用作核反应堆的冷却剂。”

该研究发表在英国皇家化学学会期刊《化学科学》上,可以帮助研究人员检查盐对金属容器造成的腐蚀,如用于下代核反应堆中的金属容器。

他们提供了一种可靠的方法用于分析溶解物质在熔盐中向蒸气的转化过程,帮助工程师了解不同杂质和溶质(溶解在溶液中的物质)对腐蚀的影响。显示潜在有毒气体向大气中的释放方式,这对第四代熔盐核反应堆极为有用。

“使用我们的准化学理论和深度神经网络,使用量子模拟产生的数据进行训练,以化学准确度模拟熔盐的溶剂化热力学。”Shi 说。

该研究的合著者Thomas Beck是加州大学化学系的前任负责人,现在是田纳西州橡树岭国家实验室的科学参与部门负责人。Beck说,熔盐在加热时不会膨胀,不像水在高温下会产生极压。

“核反应堆内的压力会极度上升。这就是反应堆设计的难点——它会导致更多的风险和更高的成本。”

“在橡树岭,我们拥有世界上最快的超级计算机,因此我们的实验将花费更少的时间。”Beck说,“但在典型的超级计算机上,运行这些量子模拟可能需要数周或数月的时间。”

“盐的准确模型很重要。我们是第一组计算出氯化钠在高温下的液态自由能的团队,同时结果与之前的实验数据一致。所以我们证明这是一种有用的技术。”

2020 年,Shi和Beck在PNAS杂志上发表的一项研究中,利用准化学理论和水中钠离子的量子力学模拟,建立了单离子水合的自由能标度。 Shi说,这是第一次使用量子力学计算带电溶质的溶剂化自由能。

熔盐对于开发新能源非常重要——甚至有一天可能会用于聚变能源。

“他们提议使用熔盐作为高温反应堆的涂层冷却剂,但距离核聚变发电这一未来还很远。”

https://phys.org/news/2022-07-chemists-secrets-molten-salts.html

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