2018年12月，俄羅斯莫斯科國立科技大學鋼鐵合金學院(NUST MISIS)的科研人員和他們來自埃及開羅中央冶金研究院的同事一起開發(fā)出了一種氮化鋁結合碳化硅的復合材料，可以將聚光太陽能發(fā)電塔集熱器的使用壽命延長至5年。這篇研究文章已經發(fā)表在《Renewable Energy》雜志上。

在聚光太陽能發(fā)電系統中，在較大面積的開闊場地上裝有許多臺大型太陽能反射鏡，通常稱為定日鏡，每臺定日鏡都各自配有跟蹤機構，它們準確的將太陽光反射集中到發(fā)電塔頂部的聚光倍率可超過1000倍的集熱器上，同時在集熱器的腔體內產生高溫。在集熱器里把吸收的太陽光能轉化成熱能，再將熱能傳給工質，經過蓄熱環(huán)節(jié)，再輸入熱動力機，膨脹做功，帶動發(fā)電機，最后以電能的形式輸出。聚光太陽能發(fā)電系統主要由聚光子系統、集熱子系統、蓄熱子系統、發(fā)電子系統等部分組成，其運行溫度可達1500℃，總效率在15%以上。聚光太陽能發(fā)電站屬于高溫光熱發(fā)電系統，目前發(fā)電的規(guī)?？蛇_10-20MW。

聚光太陽能發(fā)電系統有四個關鍵部件：定日鏡、集熱器、蓄熱罐和汽輪機。

碳化硅陶瓷材料，具有高強度和優(yōu)良的抗氧化性能，是太陽能集熱器的傳統元件。但是，碳化硅材料對鹽熔體的侵蝕性環(huán)境很敏感，嚴重影響了集熱器的使用壽命。

氮化鋁是一種很有前途的碳化硅添加劑，它具有高導熱系數、低熱膨脹系數和耐高溫等優(yōu)點。目前，氮化鋁復合碳化硅材料主要用于電子領域，但該材料同樣在太陽能光熱轉換領域展現出了巨大的應用前景。

俄羅斯NUST MISIS功能納米和高溫材料部的科學家與埃及開羅中央冶金研究院的同事合作，開發(fā)了基于碳化硅結合氮化鋁的復合材料，其中含有高達40%的氮化鋁添加物。在研究過程中，科研人員優(yōu)選了新型復合材料的最佳添加劑組成和燒結溫度。由于在碳化硅晶界形成了固溶體，使得復合體的性能大大超過了傳統的碳化硅陶瓷。這種復合材料具有較高的導熱系數和耐熱性，同時具有較低的熱膨脹系數，而且耐腐蝕性能顯著提高，有效延長了聚光太陽能發(fā)電塔集熱器的使用壽命。

“氮化鋁復合碳化硅材料具有良好的熱化學性能和熱機械性能，在冶金、航空航天等高溫領域有廣闊的應用前景”，埃及研究小組負責人Emad Ewais博士介紹說：“太陽能應用需要沒有缺陷的耐用材料。接下來，我們計劃在太陽能裝置中測試新開發(fā)的氮化鋁復合碳化硅材料。”