當(dāng)今傳統(tǒng)能源日益消耗，生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，是人類生存與發(fā)展所面臨的重大挑戰(zhàn)。因此清潔能源的開發(fā)研究，成為全球能源發(fā)展的重點(diǎn)與趨勢(shì)所向。聚光式太陽能熱發(fā)電（Concentrated Solar Power,CSP）技術(shù)是指將太陽能聚集后，通過蓄熱介質(zhì)轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能傳送到發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，是一種綠色清潔的可再生能源發(fā)電技術(shù)，是未來解決能源問題最理想的途徑之一。

圖：塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

傳熱蓄熱技術(shù)是光熱發(fā)電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳熱性能影響到介質(zhì)傳送熱量的速率，越高的傳熱性能可使水更快地轉(zhuǎn)化為水蒸氣，從而提高發(fā)電效率。蓄熱性能影響介質(zhì)吸收熱量的容量，越高的蓄熱性能可以吸收越高的太陽能，從而提高發(fā)電效率。

熔鹽作為傳蓄熱介質(zhì)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其使用溫度范圍寬、蒸汽壓低、腐蝕性低、成本低。2015年國家能源局355號(hào)文件規(guī)定申報(bào)的太陽能熱發(fā)電示范工程必須采用熔鹽作為蓄熱介質(zhì)。

近年來利用熔鹽進(jìn)行光熱發(fā)電取得較大進(jìn)展，Solarsalt(60%NaNO3+40%KNO3）與Hitec(53%KNO3+40%NaNO2+7%NaNO3）是當(dāng)前光熱電站中最普及的兩種熔鹽介質(zhì)，然而二者的比熱值和導(dǎo)熱性能較低，影響了太陽能的利用效率。因此，構(gòu)建具有高導(dǎo)熱和高蓄熱性能的熔鹽體系，提高太陽能光熱發(fā)電的利用率，具有深遠(yuǎn)的意義與實(shí)用價(jià)值。

自1995年納米流體強(qiáng)化傳熱的技術(shù)被提出以后，國內(nèi)外開展了眾多相關(guān)研究。與傳統(tǒng)材料相比，納米材料具有常規(guī)宏觀材料所不具備的納米效應(yīng)，如：表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)等。所以在傳蓄熱流體中添加納米粒子，有望增強(qiáng)其傳熱蓄熱性能。將納米粒子引入熔鹽體系，尤其是硝酸熔鹽體系中，可顯著改善其傳熱蓄熱性能。目前常見的合成工藝主要為高溫混熔法和超聲分散法：

1.高溫混熔法

當(dāng)摻雜少劑量的納米粒子時(shí)，適合用該法進(jìn)行制備。高溫混熔法無需引入去離子水，制備過程相對(duì)簡(jiǎn)單，更適用于工程化大規(guī)模應(yīng)用。缺點(diǎn)是不適用于所有納米粒子，摻雜量不可過大，需要納米粒子與熔鹽之間有良好的相容性，并且需要高溫設(shè)備，成本較高。

2.超聲分散法

當(dāng)摻雜大劑量的納米粒子時(shí)，適合用該法進(jìn)行制備。超聲分散法可引入大劑量的納米粒子，適用于幾乎所有納米流體的制備。缺點(diǎn)是制備過程繁雜，需要引入大量的去離子水并蒸干，不適用于工程化大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)展適用性廣、成本較低、分散性好的制備工藝仍是未來研究工作中的重點(diǎn)。

作為硝酸熔鹽添加劑的納米材料可分為以下幾類：

納米金屬粒子及其氧化物

本類納米材料制備技術(shù)日益成熟，易于對(duì)其進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)的調(diào)控，并且原料易得、制備成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)。如表1（DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001380）所示，將納米金屬和金屬氧化物作為添加劑摻雜到儲(chǔ)能材料中，可有效改善材料傳熱蓄熱性能。

碳納米材料

自1985年首次制得富勒烯、1991年制得碳納米管、2004年制得石墨烯以來，碳納米材料領(lǐng)域迅猛發(fā)展。碳納米材料獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有機(jī)械穩(wěn)定性好、密度低、高導(dǎo)熱、高強(qiáng)度等特性。利用其優(yōu)異的熱學(xué)性能，使其與傳統(tǒng)材料復(fù)合，能大幅提高傳統(tǒng)材料的比熱或?qū)嵯禂?shù)，得到高儲(chǔ)熱或高導(dǎo)熱性能的復(fù)合材料。如表2（DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001380）所示，將碳納米材料作為添加劑摻雜到儲(chǔ)能材料中，可有效改善材料傳熱蓄熱性能。

其他無機(jī)納米材料

除納米金屬、納米金屬氧化物和碳納米材料之外，其他在熔鹽改性中最為常見的無機(jī)納米材料添加劑是SiO2，因其具有制備工藝成熟、粒徑可調(diào)控、成本低等優(yōu)勢(shì)，將其作為添加劑改善熔鹽熱物性的研究最為常見。如表3（DOI：10.11868/j.issn.1001-4381.2018.001380）所示，一些其他無機(jī)納米材料也可明顯改善熔鹽材料的傳蓄熱性能。

雖然硝酸熔鹽已被廣泛應(yīng)用于太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域，但其傳熱蓄熱性能欠佳，利用納米材料獨(dú)特的高導(dǎo)熱性能，將其作為添加劑引入到硝酸熔鹽體系中，可大幅改善硝酸熔鹽的熱性能。

眾多研究者向儲(chǔ)能熔鹽材料中引入納米金屬粒子、納米金屬氧化物、納米碳材料等納米粒子，所制備的復(fù)合材料熔點(diǎn)與分解溫度變化不大，可維持合適的應(yīng)用溫度范圍，而比熱值或?qū)嵯禂?shù)得到了大幅提高，將其應(yīng)用在CSP系統(tǒng)中，有望顯著提高傳蓄熱工質(zhì)的能量密度和傳熱速率，促進(jìn)熔鹽工質(zhì)對(duì)太陽能的吸收和熱量的傳遞，從而提高太陽能光熱發(fā)電的效率，推動(dòng)CSP產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。