使用聚光太陽能發電廠（使用鏡子或透鏡來集中太陽光以驅動熱機，通常涉及渦輪機）的熱能發電效率可以透過在更高的渦輪機入口溫度下執行而顯著提高，但這需要改進熱交換器材料。透過使用閉式循環高壓超臨界二氧化碳 （sCO₂） 再壓縮迴圈來執行入口溫度高於1,023 K的渦輪機，而不是使用入口溫度低於823 K的傳統（如亞臨界蒸汽朗肯）迴圈，相對熱電轉換效率可以提高20%以上。由此降低集中式太陽能發電廠的可排程電力成本（加上熱能儲存）將是與化石燃料發電廠直接競爭和大幅減少溫室氣體排放的重要一步。
然而，閉式循環高壓sCO₂渦輪機系統的入口溫度受到用於將熱量傳遞到sCO2的緊湊型金屬合金印刷電路型換熱器的熱機械效能的限制。本工作展示了一種堅固的陶瓷（碳化鋯，ZrC）和難熔金屬鎢（W）的復合材料，用於溫度高於1,023 K的印刷電路式熱交換器。這種復合材料具有有吸重力的高溫熱、機械和化學效能，可以以經濟高效的方式進行加工。透過多孔碳化鎢板形狀和尺寸保持的化學轉化方法，制造了具有可調通道模式的ZrC/W基換熱器板。
致密的ZrC/W基復合材料在1,073 K時表現出超過350 MPa的破壞強度，並且在此溫度下的熱導率值是鐵基或鎳基合金的2~3倍。透過將銅層粘合到復合材料表面並在 sCO₂ 中添加百萬分之五十的一氧化碳，實作了 1,023 K和20 MPa兆帕條件下的sCO2耐腐蝕性。技術經濟分析表明，基於ZrC/W的換熱器遠遠優於鎳高溫合金基印刷電路換熱器，且具有更低的成本。
圖1. 致密槽狀ZrC/W板的制備
圖2. 含銅ZrC/W復合材料在1,023 K下對緩沖超臨界CO/CO₂含流體的耐腐蝕性
圖3. 印刷電路式換熱器在1,073 K時的計算功率密度與許用應力關系
文獻：M. Caccia, et al. Ceramic–metal composites for heat exchangers in concentrated solar power plants, Nature, 562 (2018)，406–409.
【免責聲明】本文部份文字與圖片資訊來源於互聯網、期刊雜誌或由作者提供，不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證，僅供參考。轉載此文是出於傳遞更多資訊之目的，若有來源標註錯誤或侵犯了您的合法權益，我們會立即進行改正並刪除相關內容。
