美国NREL发现光热发电用镍基涂层 或将熔盐腐蚀速度降低96%

目前，美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）正在着手研发一种可用于光热电站的镍基涂层，旨在降低高温熔盐介质对换热器、管道以及储罐的腐蚀。

 

NREL机械和热工程科学实验室副主任Johney Green表示：“我们很高兴这项研究或可为光热电站提供防腐蚀涂层，减轻熔盐对设备的损害，从而提高光热发电系统的经济可行性。“

 

为实现持续不间断发电，提高电网稳定性，越来越多的光热电站选择耐高温熔盐来作为传热储热介质。但如欲确保商业化光热电站可以达到30年的使用寿命，含有氯化钠，氯化钾和氯化镁的熔盐混合物对光热系统储罐的腐蚀速率必须小于20微米/年才行。但测试表明，熔融状态的氯化物对裸不锈钢合金的腐蚀速度高达4500微米/年。

 

不过，这一难题或将很快被来自NREL的研究员，冶金与材料工程学博士Judith Gomez-Vidal解决掉，她发现了可适用于光热发电系统的抗熔盐腐蚀涂层材料并专门为此发表了题为“Corrosion Resistance of MCrAlX Coatings in a Molten Chloride for Thermal Storage in Concentrating Solar Power Applications.”的文章，相关文章已发表在 《npj-材料腐蚀》（npj Materials Degradation journal）上。

 

图：Gomez-Vidal

 

据悉，Gomez-Vidal尝试将不同类型的镍基涂层（这些涂层通常用于减少氧化和腐蚀）涂覆在不锈钢表面，最终发现一种化学式为NiCoCrAlYTa的涂层的抗腐蚀效果最佳。其可将不锈钢的腐蚀速度控制在190微米/年，虽没有达到小于20微米/年的理想目标，但相比未涂覆该涂层，腐蚀速度已经降低了96％。这种特殊的涂层在24小时内实现预氧化，在此期间不锈钢表面会形成均匀且致密的氧化铝层，可用于进一步防止不锈钢免受腐蚀。

 

Gomez-Vidal表示：“表面防护特别有望减轻熔盐特别是含氯蒸汽对管壁罐壁表面的腐蚀程度。然而，目前光热发电系统中的熔盐腐蚀速率仍然相当高。此次我们着重进行了材料耐久性在太阳能发电领域应用中的相关性研究实验。为使光热发电系统腐蚀速率下降到目标值，未来还需进行更多的研发工作，诸如尝试将表面防护方法与对熔盐及周围环境的化学控制方法相结合，以实现协同作用。“

 

未来，NREL还将进行循环变温加热的补充试验以进一步检验和评价涂层性能，并将在试验中引入氧气来增加测试系统的氧化电势。氧的添加可确保保护膜的形成，避免操作过程中有可能出现的裂纹问题带来的影响。Gomez-Vidal在最近发表的其它论文中表示，在有氧条件下，这种氧化铝层能够在循环变温加热过程中粘附在不锈钢表面上。