記者7月22日從南京工業(yè)大學獲悉，該校能源動力學教授凌祥團隊最新研發(fā)出一種氣固粉基復合導熱材料，為破解高溫塔式光熱吸熱器的高效傳熱和抗熱沖擊難以兼顧的難題提供了新方案。相關成果近日發(fā)表于國際學術期刊《能源轉換與管理》。

高溫塔式光熱發(fā)電通過大量反射鏡將太陽光聚焦到吸熱器，再經儲熱與發(fā)電系統(tǒng)輸出電力。傳統(tǒng)傳熱介質熔鹽工作溫度通常受限，若采用金屬鈉等高溫介質，雖可提高傳熱能力和溫度上限，卻會帶來遇水、遇空氣劇烈反應等挑戰(zhàn)。如何在“隔得開”和“傳得快”之間取得平衡，同時避免局部熱點影響裝備壽命和運行穩(wěn)定性，成為關鍵難題。

此次研究中，團隊創(chuàng)新采用了由高導熱金屬粉末和惰性氣體壓實組成的“均熱緩沖夾層”。該材料由金屬粉末形成連續(xù)傳熱網絡，用惰性氣體填充粉末間隙，提供相對穩(wěn)定的保護環(huán)境。當局部熱流突然升高時，粉末網絡還能將熱量向周圍擴散，減輕熱沖擊集中影響。

“這不是簡單加厚隔離層，而是讓材料同時成為安全屏障、傳熱通道和熱沖擊緩沖層。”凌祥說，測試顯示，該材料導熱系數(shù)超過20瓦每開米，高于不銹鋼等常見工程金屬材料水平。采用該材料的新型吸熱器可支撐吸熱介質在850℃以上工作，并承受每平方米10兆瓦高熱流密度。即使強熱流集中沖擊局部區(qū)域，材料也能快速均熱，避免局部過熱。這樣一來，成千上萬面聚光反射鏡不必把陽光“瞄”得過于精準，設備也能穩(wěn)定運行，從而顯著提升光電效率并大幅度降低系統(tǒng)成本。

凌祥表示，該成果有望破解光熱發(fā)電難以規(guī)模化發(fā)展的重大瓶頸。未來，氣固粉基復合導熱材料可進一步拓展至鈉冷快堆和嚴苛工況余熱回收等場景，為高效安全能源裝備和“雙碳”目標提供技術儲備。