使用聚光太阳能发电厂（使用镜子或透镜来集中太阳光以驱动热机，通常涉及涡轮机）的热能发电效率可以通过在更高的涡轮机入口温度下运行而显著提高，但这需要改进热交换器材料。通过使用闭式循环高压超临界二氧化碳 （sCO₂） 再压缩循环来运行入口温度高于1,023 K的涡轮机，而不是使用入口温度低于823 K的传统（如亚临界蒸汽朗肯）循环，相对热电转换效率可以提高20%以上。由此降低集中式太阳能发电厂的可调度电力成本（加上热能存储）将是与化石燃料发电厂直接竞争和大幅减少温室气体排放的重要一步。
然而，闭式循环高压sCO₂涡轮机系统的入口温度受到用于将热量传递到sCO2的紧凑型金属合金印刷电路型换热器的热机械性能的限制。本工作展示了一种坚固的陶瓷（碳化锆，ZrC）和难熔金属钨（W）的复合材料，用于温度高于1,023 K的印刷电路式热交换器。这种复合材料具有有吸引力的高温热、机械和化学性能，可以以经济高效的方式进行加工。通过多孔碳化钨板形状和尺寸保持的化学转化方法，制造了具有可调通道模式的ZrC/W基换热器板。
致密的ZrC/W基复合材料在1,073 K时表现出超过350 MPa的破坏强度，并且在此温度下的热导率值是铁基或镍基合金的2~3倍。通过将铜层粘合到复合材料表面并在 sCO₂ 中添加百万分之五十的一氧化碳，实现了 1,023 K和20 MPa兆帕条件下的sCO2耐腐蚀性。技术经济分析表明，基于ZrC/W的换热器远远优于镍高温合金基印刷电路换热器，且具有更低的成本。
图1. 致密槽状ZrC/W板的制备
图2. 含铜ZrC/W复合材料在1,023 K下对缓冲超临界CO/CO₂含流体的耐腐蚀性
图3. 印刷电路式换热器在1,073 K时的计算功率密度与许用应力关系
文献：M. Caccia, et al. Ceramic–metal composites for heat exchangers in concentrated solar power plants, Nature, 562 (2018)，406–409.
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