Multiphysics and Cross-Scale Analysis of Thermophysical Properties in Molten Salt Thermal Energy Storage Systems for Carnot Batteries

Yu Qingsheng Song Yulong Niu Mengzhe Chang Tianliang Li Shaoqiang; Zhang Yuchen Cao Feng

doi:10.12465/issn.0253-4339.20260428001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Multiphysics and Cross-Scale Analysis of Thermophysical Properties in Molten Salt Thermal Energy Storage Systems for Carnot Batteries

更新时间：2026-07-10

- Multiphysics and Cross-Scale Analysis of Thermophysical Properties in Molten Salt Thermal Energy Storage Systems for Carnot Batteries
- Journal of Refrigeration Pages: 1-10(2026)
- 作者机构：
  
  西安交通大学能源与动力工程学院西安 710049
- 作者简介：
  
  Cao Feng， male， professor， School of Energy and Power Engineering， Xi'an Jiaotong University， 86-29-82663583，E-mail：fcao@mail.xjtu.edu.cn. Research fields： Carnot battery energy storage， advanced CO2 thermodynamic cycles and systems.
- 基金信息：
  
  the National Key Research and Development Program(2023YFF0615001)
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20260428001
  CLC： TK123;TM91
- Received：28 April 2026，
  
  Revised：2026-06-09，
  
  Accepted：09 June 2026，
  
  Online First：10 July 2026，
- 稿件说明：
移动端阅览
蔚清盛，宋昱龙，牛孟哲，等. 卡诺电池系统中熔盐储热系统的多物理场跨尺度热物性研究［J］. 制冷学报，XXXX，XX（XX）：1-10.

Yu Qingsheng，Song Yulong，Niu Mengzhe，et al. Multiphysics and Cross-Scale Analysis of Thermophysical Properties in Molten Salt Thermal Energy Storage Systems for Carnot Batteries［J］. Journal of Refrigeration，XXXX，XX（XX）：1-10.
蔚清盛，宋昱龙，牛孟哲，等. 卡诺电池系统中熔盐储热系统的多物理场跨尺度热物性研究［J］. 制冷学报，XXXX，XX（XX）：1-10. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20260428001.

Yu Qingsheng，Song Yulong，Niu Mengzhe，et al. Multiphysics and Cross-Scale Analysis of Thermophysical Properties in Molten Salt Thermal Energy Storage Systems for Carnot Batteries［J］. Journal of Refrigeration，XXXX，XX（XX）：1-10. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20260428001.

摘要

卡诺电池（热力电池）作为长时储能的重要技术路线，在特高温CO

热泵耦合工业供热等场景中具有良好的应用前景，而高温储热介质的热物性参数直接影响系统的储热效率与运行性能。针对传统熔融盐导热性能有限等问题，本文选取HITEC三元熔盐为基液，设计并构建了Fe

@SiO

核壳纳米颗粒增强熔盐纳米流体模型，采用分子动力学方法系统研究了其热物性变化规律。分别计算了复合体系在不同温度下的热导系数、密度、动力黏度、定容比热容及盐离子自扩散系数。结果表明：在423~823 K温度区间内，复合熔盐体系的导热系数、密度、动力黏度和定容比热容均随温度升高而降低，而均方位移和盐离子自扩散系数随温度升高而增大。与纯HITEC熔盐经验公式结果对比可知，复合体系与纯熔盐在热物性参数上的温度变化趋势基本一致。此外，复合体系的导热系数、黏度和比热容均整体高于纯HITEC熔盐，三者提升比分别为61.1%~146.4%、1.3%~82.4%和12.7%~31.5%，表明磁性核壳纳米颗粒的加入能够提高体系的导热能力和储热能力，降低了体系的流动能力。本文从分子尺度揭示了Fe

@SiO

核壳纳米颗粒对HITEC熔盐热输运与流动特性的影响规律，可为面向特高温CO

热泵耦合热力电池的高性能储热介质设计提供理论参考。

Abstract

Objective

To investigate the thermophysical properties of Fe

@SiO

/HITEC composite molten-salt nanofluids for thermal battery applications in ultra-super-high-temperature CO

heat pump-coupled energy storage systems.

Methods

A molecular dynamics model of an Fe

@SiO

/HITEC composite molten-salt system was developed. Using a relaxed structure， thermal conductivity， density， dynamic viscosity， specific heat at constant volume， and self-diffusion coefficient of salt ions were systematically calculated at different temperatures.

Results and Discussions

The results show that within the temperature range of 423-823 K， the thermal conductivity， density， dynamic viscosity， and specific heat capacity of the composite molten-salt system decrease with increasing temperature， whereas the mean square displacement and diffusion coefficient correspondingly increase. Comparison with empirical correlations reported in the literature for pure HITEC molten salt indicates that the temperature-dependent trends of the thermophysical properties in the composite system are typically consistent with those of pure molten salt. Thermal conductivity， viscosity， and specific heat capacity of the composite system are higher than those of pure HITEC molten salt， with enhancement ratios of 61.1%-146.4%， 1.3%-82.4%， and 12.7%-31.5%， respectively. Thus， the incorporation of magnetic core-shell nanoparticles can improve the thermal conductivity and heat storage capacity of the system while reducing its flowability.

Conclusions

@SiO

core-shell nanoparticles can improve the overall thermophysical performance of HITEC molten salt， particu

larly in terms of thermal conductivity and specific heat， while preserving its basic temperature-response behavior. This study provides a molecular-scale reference for designing high-performance thermal storage media in thermal batteries.

关键词

Keywords

references

袁惊柱 . 新型工业化背景下能源体系绿色低碳转型研究［J］. 发展研究， 2025 ， 42 （ 2 ）： 44 - 50 .

Yuan Jingzhu . Research on green and low-carbon transformation of energy system under the background of new industrialization ［J］. Development Research ， 2025 ， 42 （ 2 ）： 44 - 50 .

郑步高，陈前，崔宇，等 . 新型储能技术进展及未来展望［J］. 科技中国， 2025 （ 5 ）： 67 - 74 .

Zheng Bugao ， Chen Qian ， Cui Yu ， et al . Progress and future prospect of new energy storage technology ［J］. China Scitechnology Think Tank ， 2025 （ 5 ）： 67 - 74 .

2024—2025年节能降碳行动方案［J］. 安装， 2024 （ 7 ）： 1 - 4 .

2024 — 2025 energy conservation and carbon reduction action plan ［J］. Installation ， 2024（ 7 ）： 1 - 4 .

封官斌，李跃林，程孝峰，等 . 高温卡诺电池关键技术及应用现状［J］. 热力发电， 2024 ， 53 （ 12 ）： 1 - 9 .

Feng Guanbin ， Li Yuelin ， Cheng Xiaofeng ， et al . Key technologies and current applications of high-temperature Carnot batteries ［J］. Thermal Power Generation ， 2024 ， 53 （ 12 ）： 1 - 9 .

宋昱龙，曹锋，常天亮，等 . 基于CO 2 的逆朗肯/逆布雷顿热力循环在新型能源结构体系下的应用与发展［J］. 科学通报， 2026 ， 71 （ 8 ）： 1667 - 1687 .

Song Yulong ， Cao Feng ， Chang Tianliang ， et al . Applications and development of CO 2 -based reverse Rankine/reverse Brayton cycles in novel energy system architectures ［J］. Chinese Science Bulletin ， 2026 ， 71 （ 8 ）： 1667 - 1687 .

吴玉庭，张灿灿，鹿院卫，等 . 熔盐储热技术［J］. 电工电能新技术， 2025 ， 44 （ 10 ）： 62 - 76 .

Wu Yuting ， Zhang Cancan ， Lu Yuanwei ， et al . Molten salt thermal storage technology ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy ， 2025 ， 44 （ 10 ）： 62 - 76 .

刘仁雄，赵斌，武洁 . 高温熔盐强化传热的研究进展［J］. 当代化工研究， 2025 （ 14 ）： 7 - 9 .

Liu Renxiong ， Zhao Bin ， Wu Jie . Advances in research on enhanced heat transfer with high temperature molten salt ［J］. Modern Chemical Research ， 2025 （ 14 ）： 7 - 9 .

李昭，文卜，陈豪志，等 . 高温熔融盐基纳米流体的研究现状及进展［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2168 - 2186 .

Li Zhao ， Wen Bo ， Bu ， et al . State-of-the-art review on high temperature molten salt based nanofluids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2168 - 2186 .

Akanda M A M ， Shin D . A synthesis parameter of molten salt nanofluids for solar thermal energy storage applications ［J］. Journal of Energy Storage ， 2023 ， 60 ： 106608 .

邱立翔，黄超，魏高升，等 . 颗粒团聚对太阳盐纳米流体导热性能的影响特性研究［J］. 发电技术， 2024 ， 45 （ 5 ）： 878 - 887 .

Qiu Lixiang ， Huang Chao ， Wei Gaosheng ， et al . Effect of particle agglomeration on thermal conductivity of solar salt nanofluids ［J］. Power Generation Technology ， 2024 ， 45 （ 5 ）： 878 - 887 .

Yu Qingsheng ， Song Yulong ， Cui Ce ， et al . Effects of nanoparticle aggregation on the thermal conductivity of nanofluids： a comprehensive review based on multiscale methods ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2026 ， 226 ： 116306 .

Mohammadfam Y ， Zeinali Heris S . An experimental study of the influence of Fe 3 O 4 ， MWCNT-Fe 3 O 4 ， and Fe 3 O 4 @MWCNT nanoparticles on the thermophysical characteristics and laminar convective heat transfer of nanofluids： a comparative study ［J］. Surfaces and Interfaces ， 2023 ， 43 ： 103506 .

Jin Xiao ， Wang Ruijin ， Huang Lizhong ， et al . Effect of interfacial layer around core-shell nanoparticles on thermal conductivity of nanofluids ［J］. Powder Technology ， 2023 ， 429 ： 118945 .

Fernández A G ， Galleguillos H ， Fuentealba E ， et al . Thermal characterization of HITEC molten salt for energy storage in solar linear concentrated technology ［J］. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry ， 2015 ， 122 （ 1 ）： 3 - 9 .

Cui Liu ， Yu Qingsheng ， Wei Gaosheng ， et al . Mechanisms for thermal conduction in molten salt-based nanofluid ［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2022 ， 188 ： 122648 .

Zhang Jing ， Li Xiufeng ， Luo Zhumei ， et al . Effects of collective behaviors of multiple nanoparticles on the thermophysical properties of ternary nitrate/nitrite molten salts： a molecular dynamics study ［J］. International Communications in Heat and Mass Transfer ， 2026 ， 174 ： 110997 .

Kabir H ， Aghdam M M ， Samandari S S ， et al . A molecular dynamics study on the size effects of Fe 3 O 4 nanoparticles on the mechanical characteristics of polypyrrole/Fe 3 O 4 nanocomposite ［J］. Molecular Simulation ， 2024 ， 50 （ 7/8/9 ）： 493 - 505 .

Ji Chang ， Yang Xueming ， Ma Yongfu ， et al . Molecular dynamics study on thermophysical properties of K 2 CO 3 molten salt-based SiO 2 nanofluids using Buckingham potential framework ［J］. Journal of Molecular Liquids ， 2024 ， 407 ： 125231 .

Liang Fei ， Wei Xiaolan ， Wang Weilong ， et al . MgO/Molten salt interfacial thermal transport and its consequences on thermophysical property enhancement： a molecular dynamics study ［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2023 ， 207 ： 124022 .

Xu Jitang ， Wang Yilin ， Yao Benlin ， et al . Molecular dynamics study of local structure and migration properties of LiCl-Li 2 O-Li molten salts based on machine-learned deep potential ［J］. Nuclear Engineering and Design ， 2025 ， 438 ： 114052 .

Ji Chang ， Yang Xueming ， Xu Haiqi ， et al . Molecular insight into further enhancement of thermal conductivity and heat capacity of K 2 CO 3 -SiO 2 molten salt nanofluids by oxygen vacancy defects in SiO 2 nanoparticles ［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2025 ， 247 ： 127148 .

蔚清盛，崔柳，卢玉鑫，等 . 工作温度对高温碳酸熔盐热物性的影响［J］. 工程热物理学报， 2023 ， 44 （ 7 ）： 1912 - 1917 .

Yu Qingsheng ， Cui Liu ， Lu Yuxin ， et al . Temperature effect on thermal properties of molten carbonate salt ［J］. Journal of Engineering Thermophysics ， 2023 ， 44 （ 7 ）： 1912 - 1917 .

陈聪 . 熔盐强迫对流及混合对流传热研究［D］. 北京：北京工业大学， 2013 .

Chen Cong . Study on forced convective and mixed convective heat transfer with molten salt ［D］. Beijing ： Beijing University of Technology ， 2013 .

Batchelor G K . The effect of Brownian motion on the bulk stress in a suspension of spherical particles ［J］. Journal of Fluid Mechanics ， 1977 ， 83 （ 1 ）： 97 - 117 .

Andreu-Cabedo P ， Mondragon R ， Hernandez L ， et al . Increment of specific heat capacity of solar salt with SiO 2 nanoparticles ［J］. Nanoscale Research Letters ， 2014 ， 9 （ 1 ）： 582 .

Angayarkanni S A ， Sunny V ， Philip J . Effect of nanoparticle size， morphology and concentration on specific heat capacity and thermal conductivity of nanofluids ［J］. Journal of Nanofluids ， 2015 ， 4 （ 3 ）： 302 - 309 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Simulation and Optimization of Data-Center Cooling System with Naturally Cooled Reservoir Water

Optimal Investigation on the Thermal Management of Battery Based on a Bionic Shark Scale Structure

Performance Comparison of Three Booster-Assisted Ejector Refrigeration Cycles with Environmentally Friendly Refrigerants

Research on Unified Energy Efficiency Evaluation Method for Heat Pumps and Electric Water Heaters Based on Dynamic Water Usage Mode

Heat-Transfer Performance of Gas-Gap Heat Switch for mK Sorption Cooler

Related Author

No data

Related Institution

No data

Address：10/F, Yindu Mansion, 67 Fucheng Road, Haidian Dist, Beijing, China Postal code：100142
Tel：010-68711412 Email：editor@car.org.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 京ICP备09064830号-19 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰

AI伴读