新材料制造工艺使用太阳的热量来获得更便宜的可再生电力

太阳能发电占美国电力的比例不到2%，但如果在阴天和夜间使用的发电和储能成本更低，则可以弥补更多。

普渡大学领导的团队开发了一种新的材料和制造工艺，使用一种方式将太阳能 - 作为热能 - 更有效地发电。

这项创新是将太阳能发电与化石燃料直接成本竞争的重要一步，在美国产生超过60%的电力。

“将太阳能作为热量存储已经比通过电池存储能源更便宜，因此下一步是降低太阳能发电的成本，同时增加温室气体排放的额外好处，”普渡大学的Reilly教授Kenneth Sandhage表示。材料工程。

这项研究是在普渡大学与佐治亚理工学院，威斯康星大学麦迪逊分校和橡树岭国家实验室合作完成的，发表在“ 自然 ”杂志上。

这项工作与普渡大学的巨型飞跃庆祝活动保持一致，承认该大学在普渡大学成立150周年之际为可持续经济和地球做出的全球进步。这是为期一年的庆祝活动创意节的四个主题之一，旨在展示普渡大学作为解决现实问题的知识中心。

太阳能不仅通过农场或屋顶上的面板发电。另一种选择是利用热能运行的集中发电厂。

集中式太阳能发电厂通过使用镜子或透镜将太阳能转化为电能，将大量光线集中到一个小区域，从而产生热量传递给熔盐。然后将来自熔融盐的热量转移到“工作”流体，超临界二氧化碳，其膨胀并用于旋转涡轮机以产生电力。

为了使太阳能电力更便宜，涡轮发动机需要为相同的热量产生更多的电力，这意味着发动机需要更热。

问题在于，将热量从热熔融盐传递到工作流体的热交换器目前由不锈钢或镍基合金制成，这些合金在所需的较高温度和超临界二氧化碳的高压下变得太软。

灵感来自他的团队以前合并制造的“复合”材料，可以处理固体燃料火箭喷嘴等应用的高温和高压，Sandhage与现在麻省理工学院的Asegun Henry合作，设想了类似的材料。复合材料用于更坚固的热交换器。

两种材料作为复合材料一起显示出前景：陶瓷碳化锆和金属钨。

普渡大学的研究人员创造了陶瓷 - 金属复合材料的板材。基于Devesh Ranjan团队在佐治亚理工学院进行的频道模拟，这些板块可以定制可定制的热量交换渠道。

由橡树岭国家实验室的Edgar Lara-Curzio团队进行的机械测试以及威斯康星 - 麦迪逊的Mark Anderson团队的腐蚀测试表明，这种新的复合材料可以成功地承受生成所需的高温，高压超临界二氧化碳。电力比今天的换热器更有效率。

佐治亚理工学院和普渡大学的研究人员进行的经济分析也表明，这些热交换器的规模化制造可以比不锈钢或镍合金制造的相同或更低的成本进行。

“最终，随着持续发展，这项技术将使可再生太阳能大规模渗透到电网中，”Sandhage说。“这将意味着电力生产中人为二氧化碳排放量将大幅减少。”