新型纳米涂层吸热材料将推进商业化应用

不久前，UCSD(美国加州大学圣地亚哥分校)的研究团队开发出一种硅硼化物纳米壳材料，他们宣称该材料可以使90%以上的阳光被吸收并转化为热能。但是究竟这种材料能够为当前的光热技术带来多大的提升还有待观察。

一些业内人士在接受媒体采访时认为该材料尚不足以为光热发电行业带来突破性进展。

欧洲太阳能热发电协会主席LuisCrespo就是其中之一，他认为虽然今年10月份公布的这种硅硼化物纳米壳材料(siliconboride-coatednanoshell)可以将90%的光能转化成热能，但是它并不能给当前的光热发电技术带来显著的提高。

该材料的研发由UCSD雅各布斯工程学院的功能材料工程研究人员负责，同时这项研究工作也是美国能源部所支持的SunShot计划的一部分。

近期《纳米能源》(NanoEnergy)杂志特地发表了两篇文章对该研究成果进行了报道，除了介绍其拥有超高的光热转换效率,还描述该材料可以承受700摄氏度以上的温度并且可以连续使用多年。

在测试中，该材料在750摄氏度的温度下保持了约1000小时，而其光学性能和机械粘合性能却没有受到多大影响。UCSD描述其特性时称多种分子直径为10纳米到10微米之间的粒子构成了该材料特殊的多尺度结构。

UCSD研究团队认为这项研究成果将对光热电站的运营商产生很大的吸引力，但前提是业主必须将电站停运几天并使用新材料对原有吸热器进行镀膜，而且以后每年都要停运几天对吸热器进行检查、涂层修复或再次镀膜。

吸热器重新镀膜

但是，Crespo对这种想法并不认同。他认为使用这种新型太阳能吸收材料在高温下运行后几乎每年都需要更换，但目前正在使用的吸热器只需要每5~10年更换一次。

此外，他指出目前正在使用涂层材料的光热转换效率一般可以达到85%左右，而新型硅硼化物纳米壳材料可以使光热转换效率达到90%，虽然有一定的提高，但并不能使光热技术实现突破性的进展。

Crespo表示：“这可能是一种进步，但并不是一个突破。”他认为，一种新材料为行业带来的价值有多大最终取决于“它的使用成本和使用寿命。”

从经济性角度考虑，Jin表示：“在过去三年中，我们开发了几种不同类型的太阳能吸收涂层材料，所以成本可能取决于选择了什么样的材料和采用什么样的加工方法。一般来说,这些纳米颗粒生产过程并不困难，另外原材料也不是很昂贵，所以相对来说我们认为这种新材料还算很便宜的。”

Jin指出，有些新材料是利用陶瓷加工的，所以可能很容易实现规模化生产，他表示：“准确的成本由产量、市场规模和产品性能要求所决定。我们计划在未来几年里，继续努力来进一步提高材料的性能、生产工艺和长期运行的稳定性，然后我们会想办法进一步降低生产成本，但总体来说这些材料不会非常昂贵。”

更高的工作温度

这也无妨，因为事实上这种材料似乎是为塔式光热发电吸热器专门设计的，可以承受比其它光热发电技术路线更高的运行温度。

但塔式光热发电技术目前正处于上升的发展趋势，它只是许多光热发电技术路线中的一种。目前塔式光热发电项目的装机量还不能与槽式光热发电项目相比。

另外，如果这种新材料只需要10年左右更换一次的话，那么它的市场需求量很可能比较低，除非它也可以被应用到其它市场领域。

UCSD的研究小组目前正在尝试将其应用到其它类似的光热发电技术中，但尚不清楚这些领域所适用的纳米涂层材料是否能够实现规模化效益和较低的生产成本。

Jin表示：“线聚焦方式的槽式光热发电项目的聚光比相对塔式较低，我们正在加州大学圣地亚哥分校开发适应其实际使用需要的新品种纳米材料涂层，可以有效地降低热量损失。”

该材料实现商业化的另一个潜在问题是，使用新材料必须能为电站运营商带来比使用现有涂层材料更多的利润，否则他们很可能因为较高的认知风险而不敢使用它们。

目前，Jin和他的研究团队(包括UCSD电力科学部教授ZhaoweiLiu和计算机工程与机械工程学教授RenkunChen)正在通过一些商业合作来实施新型纳米涂层材料的下一步商业化计划。

Jin表示：“目前有很多公司和研发机构都对这些新型纳米涂层材料非常感兴趣。我们正在和几家具有光热发电业务的公司和一些太阳能吸热器制造厂商讨论进一步发展思路和可能的商业化模式。”