柔性陶瓷涂层（耐高温和抗腐蚀）

近日，solarpaces网站报道，创新新能源技术既有趣又有深度，还是团队合作的结果；其更像是用成千上万的演员和工作人员制作一部电影，而不是一个孤独的发明家在车库里独自完成整件事。

例如，美国能源部（US Department of Energy）拨款，让研究人员尝试三种不同的途径来降低第三代太阳能热发电（CSP）的成本，这种即可调度太阳能，实现全天候发电的太阳能发电形式。

Gen3-CSP装置液路示意图 IMAGE@NREL

Gen3-CSP装置液路示意图：钠接收器，新的熔融盐混合MGCl₂-KCl-NaCl作为HTF和热能存储介质。

隶属于国际实验室网络和相关专业产业的三个独立的太阳能研究团队赢得了使用替代液体竞争的资金，设计下一代CSP系统的天然气或固体介质路径，以经济可靠地提供700℃以上的温度，连接到先进的sCO₂电力循环，从而在2030年前将美国市场的成本降低到5美分/kWh。

“这有点像一场XPRIZE竞赛，多个团队竞相为一个全球性问题提供一个大胆的解决方案，”作为Sandia National Laboratories （简称SNL）基于粒子的创新团队的带头人，Cliff Ho说，这是很令人兴奋的激励方案。Sandia 作为三条路径的获奖团队，现在获得了2500万美元的最终奖励，用于在商业化前规模上展示他们的基于粒子的技术。

适用于更高温度的 CSP技术新型液体混合物

与此同时，由NREL（CSP Gen3：liquid Phase pathway to SunShot【通往太阳的液相通路】）领导的“液体”通道团队发明了一套完整的CSP装置系统，用于一种新的热能储存流体，其温度能够高于当今的熔盐；硝酸钾和硝酸钠的40/60混合物在565℃的最高温度下用于商业运行的CSP塔式光热电站。

该团队提出的新混合物氯化镁、氯化钾和氯化钠（MgCl₂-KCl-NaCl）可以达到所需的更高温度，以连接到DOE提出的超临界CO₂发电机组，并连接到三条路径中的每一条——之所以选择这三条路径，是因为其效率与今天基于朗肯循环的蒸汽发电机组相比。

热能储存系统中的这些新型氯盐将与去年SolarPACES技术获奖公司Vast Solar发明的高温液态金属钠接收器相匹配。

但是，当使用更高温度的流体时，所有将流体进出储罐和sCO₂回路热交换器系统的容器、管道和阀门，都必须能够承受这些更高的温度和随之而来的腐蚀。

纳米技术公司和材料实验室

作为一家纳米技术材料公司，Powdermet提出了一种喷雾形式的各种金属陶瓷涂层能够承受这样的温度，Wisconsin-Madison provided（威斯康星大学麦迪逊分校）的一个专业材料测试实验室提供测试，以独立验证这些纳米涂料中哪一种是最有效的，也能满足DOE要求的低成本规格。

Wisconsin-Madison材料研究员Wisconsin-Madison解释说："加热能够将熔盐控制在720°C以下的系统并不太重要。我们对测试很感兴趣，有在熔盐中进行材料腐蚀测试的经验，同时他们有能力开发涂层和新型金属陶瓷。材料的腐蚀程度在很大程度上取决于它所接触的物质的化学性质。它非常依赖于化学。所以这就是我们进来的地方；我们建立了对材料进行高温测试所需的系统和测试设备。”

Cermets（陶瓷/金属合金）用于设计用于在1000℃及以上温度下制造太阳能燃料的超高温太阳能热化学反应器，但这些镍基高温合金的成本非常高，如果用于整个CSP工厂的所有管道和储存系统，将达不到成本要求。

Cardenas解释道：“因此使用金属陶瓷作为涂层的整个想法是为了降低成本。”高温材料可以抵抗盐的腐蚀，特别是在更高的温度下。但问题是这些可耐高温的材料也是非常昂贵的，所以我们只能使用一些可能更便宜的材料，比如316不锈钢，然后涂上金属陶瓷。

试验结果表明，NiWC₃b金属陶瓷涂层的耐蚀性优于金属或金属陶瓷合金涂层。这种纳米技术材料将通过高速氧燃料热喷涂涂层喷涂在基体合金上。

“所以，首先我们测试了这些材料在不同组成的金属陶瓷在不同的固体形式，”Cardenas表示，我们从中挑选出一种在熔盐条件下效果最好的成分。然后，我们在熔融盐中对金属陶瓷进行了静态腐蚀试验，用作商用材料（如 Inconel 625【铬镍铁合金625】）涂层的 cermet。

该大学实验室专门从事动力工程和热交换器不同流体的材料的高温测试和特征描述。Cardenas 团队不仅测试材料的腐蚀，还测试摩擦和磨损率，这对泵制造商非常重要，例如，在设计轴承时。

Cardenas发现，该项目将需要添加到ASTM G99-17标准中，该标准指导使用销盘装置进行磨损试验的标准试验方法。

Cardenas介绍，我们开发了一个测试程序，大致遵循ASTM G99-17标准，作为衡量熔盐中材料磨损率的基准。“问题是，这些标准中的没有一个关于如何进行高温测试的细则，所以这只是一种猜测。例如，你想测试轴承材料（这是标准化测试之一）的摩擦系数，这个标准化的测试，只运行了几分钟，并没有真正指定在高温下；通常是针对环境温度。”

因此，该团队遵循了可用的 ASTM G99-17 程序，但增加了一项修改，对涉及高温和长时间摩擦的零件实施了一个新的程序。

他总结道：“我们开发了一个测试程序，其中包括我们的发现，当使用这些材料中的任何一种与熔盐一起进行高温测试时，都应该遵循这个程序。”