目前，美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）正在著手研發(fā)一種可用于光熱電站的鎳基涂層，旨在降低高溫熔鹽介質(zhì)對換熱器、管道以及儲罐的腐蝕。

 

NREL機械和熱工程科學(xué)實驗室副主任Johney Green表示：“我們很高興這項研究或可為光熱電站提供防腐蝕涂層，減輕熔鹽對設(shè)備的損害，從而提高光熱發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟可行性。“

 

為實現(xiàn)持續(xù)不間斷發(fā)電，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，越來越多的光熱電站選擇耐高溫熔鹽來作為傳熱儲熱介質(zhì)。但如欲確保商業(yè)化光熱電站可以達到30年的使用壽命，含有氯化鈉，氯化鉀和氯化鎂的熔鹽混合物對光熱系統(tǒng)儲罐的腐蝕速率必須小于20微米/年才行。但測試表明，熔融狀態(tài)的氯化物對裸不銹鋼合金的腐蝕速度高達4500微米/年。

 

不過，這一難題或?qū)⒑芸毂粊碜訬REL的研究員，冶金與材料工程學(xué)博士Judith Gomez-Vidal解決掉，她發(fā)現(xiàn)了可適用于光熱發(fā)電系統(tǒng)的抗熔鹽腐蝕涂層材料并專門為此發(fā)表了題為“Corrosion Resistance of MCrAlX Coatings in a Molten Chloride for Thermal Storage in Concentrating Solar Power Applications.”的文章，相關(guān)文章已發(fā)表在 《npj-材料腐蝕》（npj Materials Degradation journal）上。

 

圖：Gomez-Vidal

 

據(jù)悉，Gomez-Vidal嘗試將不同類型的鎳基涂層（這些涂層通常用于減少氧化和腐蝕）涂覆在不銹鋼表面，最終發(fā)現(xiàn)一種化學(xué)式為NiCoCrAlYTa的涂層的抗腐蝕效果最佳。其可將不銹鋼的腐蝕速度控制在190微米/年，雖沒有達到小于20微米/年的理想目標，但相比未涂覆該涂層，腐蝕速度已經(jīng)降低了96％。這種特殊的涂層在24小時內(nèi)實現(xiàn)預(yù)氧化，在此期間不銹鋼表面會形成均勻且致密的氧化鋁層，可用于進一步防止不銹鋼免受腐蝕。

 

Gomez-Vidal表示：“表面防護特別有望減輕熔鹽特別是含氯蒸汽對管壁罐壁表面的腐蝕程度。然而，目前光熱發(fā)電系統(tǒng)中的熔鹽腐蝕速率仍然相當高。此次我們著重進行了材料耐久性在太陽能發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用中的相關(guān)性研究實驗。為使光熱發(fā)電系統(tǒng)腐蝕速率下降到目標值，未來還需進行更多的研發(fā)工作，諸如嘗試將表面防護方法與對熔鹽及周圍環(huán)境的化學(xué)控制方法相結(jié)合，以實現(xiàn)協(xié)同作用。“

 

未來，NREL還將進行循環(huán)變溫加熱的補充試驗以進一步檢驗和評價涂層性能，并將在試驗中引入氧氣來增加測試系統(tǒng)的氧化電勢。氧的添加可確保保護膜的形成，避免操作過程中有可能出現(xiàn)的裂紋問題帶來的影響。Gomez-Vidal在最近發(fā)表的其它論文中表示，在有氧條件下，這種氧化鋁層能夠在循環(huán)變溫加熱過程中粘附在不銹鋼表面上。