Nästa generations koncentrerade solkraftverk (CSP) kräver högtemperaturvätskor, som smälta salter, i intervallet 550-750 grader Celsius för att lagra värme och generera el. Vid de höga temperaturerna, dock, de smälta salterna tär på vanliga legeringar som används i värmeväxlarna, rör, och lagringskärl för CSP -system. Ny forskning vid U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) syftar till att minska korrosionsnivåerna i CSP-anläggningar med nickelbaserade beläggningar.

"Vi är mycket glada över de potentiella konsekvenserna av denna forskning för att tillhandahålla korrosionsbeständiga beläggningar för CSP-applikationer som kan förbättra dessa systems ekonomiska livskraft, "sa Johney Green, associerad laboratoriedirektör för mekaniska och termiska tekniska vetenskaper.

CSP-anläggningar med billig termisk lagring gör att anläggningar kan leverera el när det behövs, hjälper till att stödja nätets tillförlitlighet. Smälta salter används vanligtvis för både värmeöverföringsvätska och termisk energilagring eftersom de tål höga temperaturer och behåller den uppsamlade solvärmen i många timmar.

För att kommersiellt använda smält saltblandningar som innehåller natriumklorid, kaliumklorid, och magnesiumklorid, korrosionshastigheten i lagringstankarna måste vara långsam-mindre än 20 mikrometer per år-så att ett koncentrerat solkraftverk kan uppnå ett 30-årigt liv.

Legeringar av rostfritt stål testade i en smält klorid korroderad så snabbt som 4, 500 mikrometer per år. Lösningen på korrosionsproblemet kan ligga i forskning utförd av NREL:s Judith Gomez-Vidal och publicerad i npj Materialförstöring tidskriftsartikel, "Korrosionsbeständighet för MCrAlX -beläggningar i en smält klorid för termisk lagring i koncentrerande solenergiapplikationer."

Gomez-Vidal applicerade olika typer av nickelbaserade beläggningar, som vanligtvis används för att minska oxidation och korrosion, till rostfritt stål. En sådan beläggning, med den kemiska formeln NiCoCrAlYTa, visade den bästa prestationen hittills. Det begränsade korrosionshastigheten till 190 mikrometer per år - ännu inte i mål men en stor förbättring jämfört med det obelagda stålet med en 96% minskning av korrosionshastigheten. Den specifika beläggningen föroxiderades under en 24-timmarsperiod, under vilket ett enhetligt och tätt lager av aluminiumoxid bildades och tjänade till att ytterligare skydda det rostfria stålet mot korrosion.

"Användningen av ytskydd är mycket lovande för att mildra korrosion i smälta salter, särskilt de ytor som utsätts för klorhaltig ånga, "sa Gomez-Vidal, som har en doktorsexamen inom metallurgi och materialteknik. "Dock, korrosionshastigheterna är fortfarande avsevärt höga för CSP. Denna insats belyser relevansen av testmaterialets hållbarhet i solenergiapplikationer. Mer FoU behövs för att uppnå målet korrosionsnivå som behövs, vilket kan inkludera synergin att kombinera ytskydd med kemisk kontroll av det smälta saltet och den omgivande atmosfären. "

Ytterligare tester kommer att kräva utvärdering av beläggningarna under termisk cykling och införandet av syrehaltiga atmosfärer för att öka systemets oxidationspotential. Tillsatsen av syre säkerställer bildandet av skyddande skalor som kan reformeras i närvaro av syre om sprickor uppstår under drift. Gomez-Vidal har nyligen publicerat andra arbeten där sådana aluminiumoxidlager kunde växa och förblev vidhäftade till ytan i närvaro av luft under termisk cykling av prover.