سيراميك آلومينيوم اكسيده اي ثبات نيروگاه هاي خورشيدي را افزایش مي دهد

1مقدمه

افزایش تقاضای جهانی انرژی و نگرانی های زیست محیطی مرتبط با سوخت های فسیلی باعث شتاب توسعه فن آوری های انرژی تجدید پذیر انرژی خورشیدی به عنوان یک انرژی پاک فراوان و گسترده توزیع شده انرژی خورشیدی متمرکز (CSP) ، که انرژی خورشیدی را به یک منبع دیگر تبدیل می کند تشعشع به انرژی حرارتی از طریق سیستم های غلظت کننده و سپس از این گرما برای حرکت ژنراتورهای برق استفاده می کند، ارائه می دهد هزینه های نسبتا کم، تولید پایدار، و یکپارچه سازی شبکه آسان، آن را به یک استفاده از خورشیدی امیدوار کننده روش

2مزایای و چالش های سرامیک آلومینیوم به عنوان مواد ذخیره سازی حرارتی

2.1 مزایا

سرامیک آلومینیوم (α-Al2O3) چندین مزیت کلیدی را به عنوان مواد ذخیره سازی حرارتی نشان می دهد:

• نقطه ذوب بالا (2072°C) و ثبات حرارتی عالی- ساختار رو حفظ میکنه یکپارچگی در دمای عملیاتی شدید CSP
• رسانایی حرارتی برتر- سرامیک های آلومینیوم متراکم دارای رسانایی حرارتی 33 W/ ((m·K) در دمای اتاق، حفظ حدود 12 W/ ((m·K) در 500 °C
• مقاومت مکانیکی فوق العاده و مقاومت در برابر فرسایش-به دماي هاي بالا مقاومت ميکنه فشار و فشار حرارتی چرخه ای
• بی عمل بودن شیمیایی- مقاوم به واکنش با هوا، آب و یا رسانه های دیگر
• بهره وری از هزینه ها و در دسترس بودن- مواد خام فراوان و تولیدات بالغ فرایندهای

2.2 چالش ها

علیرغم این مزایا، سرامیک آلومینا با چندین چالش فنی مواجه است:

• دمای سینتر کردن بالا- نیاز به مصرف انرژی قابل توجهی در طول تولید
• حساسیت به شوک حرارتی- مستعد ترک شدن در معرض نوسانات دمای سریع
• محدودیت های رسانایی حرارتی- در حالی که قابل احترام است، پیشرفت های بیشتری برای عملکرد مطلوب CSP
• کاهش هزینه های تولید- لازم برای استفاده تجاری در مقیاس بزرگ

3. استراتژی های بهبود عملکرد

محققان روش های متعددی را برای بهینه سازی سرامیک آلومینا برای کاربردهای ذخیره سازی حرارتی توسعه داده اند:

3.1 اصلاحات افزودنی

• پروموترهای سینتر کردن:TiO2، MgO، CaO و SiO2 فاز مایع یا محلول های جامد را برای دمای سینتر کردن پایین تر
• تقویت کننده های رسانایی حرارتی:افزودنی های SiC، BN و گرافن انتقال گرما را بهبود می بخشند توانایی ها
• افزونه های مقاومت به شوک حرارتی:ZrO2 و Al2TiO5 ضریب گسترش حرارتی را کاهش می دهند

3.2 کنترل میکروساخت

مهندسی دقیق از اندازه دانه، ویژگی های مرزی و توزیع منافذ می تواند به طور قابل توجهی بهبود عملکرد:

• تصفیه غلات باعث افزایش تراکم مرزی می شود و قدرت و سختی را افزایش می دهد
• بهینه سازی مرزی مقاومت حرارتی را در رابط دانه ها کاهش می دهد
• حداقل سازی حفره ای باعث افزایش تراکم و رسانایی حرارتی می شود

4نتایج تجربی و تحلیل

دو روش آماده سازی در آزمایش های کنترل شده ارزیابی شد:

• روش اول:α-Al2O3 با افزودنی های Fe2O3 و TiO2 سرامیک تولید شده با دانه یکنواخت ساختار، تراکم بالا (3.89 g/cm3) و رسانایی حرارتی عالی (28.5 W/(m·K) در 500 °C)
• روش دوم:باوکسیت کالسین شده با Fe2O3 منجر به عملکرد ضعیف به دلیل ناخالصی شد فاز ها و تشکیل شیشه

5چشم انداز آینده

تحقیقات ادامه یافته بر روی چندین جهت امیدوار کننده تمرکز دارد:

• توسعه افزودنی های جدید چند منظوره
• تکنیک های پیشرفته مهندسی میکروساخت
• فرآیندهای تولید مقرون به صرفه
• اعتبارسنجی عملکرد بلند مدت در شرایط عملیاتی

اجرای موفقیت آمیز سیستم های ذخیره سازی حرارتی سرامیک آلومینا می تواند به طور قابل توجهی CSP را پیشرفت دهد تکنولوژی، تولید انرژی تجدیدپذیر پایدار را فراهم می کند در حالی که به نگرانی های حیاتی زیست محیطی مرتبط با آن رسیدگی می کند با روش های تولید برق معمولی.