Ученые НИТУ “МИСиС” совместно с коллегами из Центрального научно-исследовательского института металлургии (Каир, Египет) создали композиционный материал, который позволит продлить срок службы солнечных башен (установок для сбора тепловой энергии Солнца) с 2-3 до 5 лет. Статья о разработке опубликована в журнале Renewable Energy.
Сегодня все более популярными становятся солнечные электростанции (СЭС) — они собирают и перерабатывают солнечную энергию в промышленных масштабах. Среди наиболее перспективных видов СЭС — так называемые солнечные башни. Это особое сооружение, представляющее собой высокую башню с резервуаром воды и турбинной системой внутри. Башня окружена по периметру гелиостатами — большими вращающимися зеркалами, захватывающими солнечные лучи и концентрирующими общий световой пучок в одной точке башни. Пучок попадает на солнечный адсорбер — теплопоглощающий элемент, который, в свою очередь, нагревает особый солевой раствор до 600°C. От солевого раствора нагревается вода в примыкающем резервуаре, а пар вращает турбины электростанции.
В качестве традиционного элемента для солнечных адсорберов выступает карбид кремния (SiC), пористый керамический материал, обладающий целым рядом полезных характеристик: высокой плотностью, прочностью, стойкостью к окислению и многими другими. Однако и у карбида кремния есть недостатки, например, он чувствителен к агрессивной среде солевых расплавов.
Перспективным дополнением к карбиду кремния служит нитрид алюминия AlN — у него высокая теплопроводность, низкий коэффициент термического расширения, высокая термостойкость. Сейчас композиты SiC/AlN применяются в основном в электронике, но потенциально их можно использовать в ряде других областей, в том числе и для задач тепловой трансформации солнечной энергии.
Материалы, которые были разработаны учеными кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ “МИСиС” в сотрудничестве с коллегами из Египта, представляют собой пористые композиты на основе SiC/AlN, содержащие до 40% нитрида алюминия. В ходе работы были подобраны оптимальные составы добавок и режимы спекания новых композитов, существенно превосходящих традиционные благодаря формированию твердого раствора на границах зерен карбида кремния. Наряду с высокой теплопроводностью и термостойкостью такие композиты обладают низким коэффициентом температурного расширения, что существенно улучшает их эксплуатационные параметры.
“Солнечная энергетика требует долговечных материалов без дефектов, — комментирует руководитель исследовательской группы с египетской стороны доктор Эмад Эваис. — Далее мы планируем протестировать разработанный нами материал в солнечных установках”.
Благодаря хорошим термохимическим и термомеханическим свойствам композиты SiC/AlN также перспективны для применения и в других высокотемпературных областях — металлургии и авиакосмической технике.
Пресс-служба НИТУ “МИСиС”
Нет комментариев