NREL undersøger belægninger, der er nødvendige for at koncentrere solenergi

Næste generation af koncentrerende solenergi-anlæg (CSP) kræver højtemperaturvæsker, som smeltede salte, i intervallet 550-750 grader Celsius til at lagre varme og generere elektricitet. Ved de høje temperaturer, imidlertid, de smeltede salte tærer på almindelige legeringer, der bruges i varmevekslerne, rørføring, og lagerbeholdere til CSP-systemer. Ny forskning ved U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) er rettet mod at afbøde korrosionsniveauer i CSP-anlæg med nikkelbaserede belægninger.

"Vi er meget begejstrede for de potentielle implikationer af denne forskning for at levere korrosionsbestandige belægninger til CSP-applikationer, der kan forbedre den økonomiske levedygtighed af disse systemer, " sagde Johney Green, associeret laboratoriedirektør for mekanisk og termisk ingeniørvidenskab.

CSP-anlæg med lavpris termisk lagring gør det muligt for faciliteterne at levere elektricitet, når det er nødvendigt, hjælper med at understøtte nettets pålidelighed. Smeltede salte er almindeligt anvendt til både varmeoverførselsvæsken og til termisk energilagring, fordi de kan modstå høje temperaturer og holde på den opsamlede solvarme i mange timer.

For kommercielt at anvende smeltede saltblandinger indeholdende natriumchlorid, kaliumchlorid, og magnesiumchlorid, korrosionshastigheden i lagertankene skal være langsom - mindre end 20 mikrometer om året - så et koncentrerende solcelleanlæg kan opnå en 30-årig levetid.

Bare rustfri stållegeringer testet i et smeltet klorid korroderet så hurtigt som 4, 500 mikrometer om året. Løsningen på korrosionsproblemet kunne ligge i forskning udført af NRELs Judith Gomez-Vidal og offentliggjort i npj Materiale Nedbrydning tidsskriftsartikel, "Korrosionsbestandighed af MCrAlX-belægninger i et smeltet klorid til termisk opbevaring i koncentrerende solenergiapplikationer."

Gomez-Vidal påførte forskellige typer nikkelbaserede belægninger, som almindeligvis anvendes til at reducere oxidation og korrosion, til rustfrit stål. En sådan belægning, med den kemiske formel NiCoCrAlYTa, viste den bedste præstation indtil videre. Det begrænsede korrosionshastigheden til 190 mikrometer om året - endnu ikke nået målet, men en stor forbedring sammenlignet med det ubelagte stål med en 96% reduktion i korrosionshastigheden. Denne særlige belægning blev foroxideret over en 24-timers periode, hvorunder et ensartet og tæt lag af aluminiumoxid blev dannet og tjente til yderligere at beskytte det rustfri stål mod korrosion.

"Brugen af ​​overfladebeskyttelse er meget lovende for at afbøde korrosion i smeltede salte, især på de overflader, der udsættes for klorholdige dampe, " sagde Gomez-Vidal, der har en ph.d. i metallurgisk og materialeteknik. "Imidlertid, korrosionsraterne er stadig betydeligt høje for CSP. Denne indsats fremhæver relevansen af ​​at teste materialers holdbarhed i solenergiapplikationer. Mere F&U er nødvendig for at nå det nødvendige korrosionsniveau, som kunne omfatte synergien ved at kombinere overfladebeskyttelse med kemisk kontrol af det smeltede salt og den omgivende atmosfære."

Yderligere test vil kræve evaluering af belægningerne under termisk cyklus og indførelse af oxygenholdige atmosfærer for at øge systemernes oxidationspotentiale. Tilsætningen af ​​ilt sikrer dannelsen af ​​beskyttende skæl, der kan ændre sig ved tilstedeværelse af ilt, hvis der opstår revner under drift. Gomez-Vidal har for nylig udgivet andet arbejde, hvor sådanne aluminiumoxidlag var i stand til at vokse og forblev klæbet til overfladen i nærvær af luft under termisk cykling af prøver.