具有等温和循环载荷的高吸收率CSP涂层表征和可靠性测试，可预测使用寿命<a href="#fn1" title="可用的电子补充信息（ESI）：图S5：在以下情况下在Inconel载体材料上形成氧化层的FIB-SEM横截面图像：（a）初始样品[平均110 nm]，（b）样品88–12 [平均320 nm]，（c）样品86–24 [平均590 nm]，（d）样品750 2 W [平均670 nm]，（e）样品770–14 W [平均3.1μm]。图S6：FIB薄片TEM样品制备：（a）FIB薄片批量研磨，（b）粗糙的薄片被提起，（c）使用高能聚焦离子束连续薄化薄片，（d）使用低能薄薄的薄片抛光聚焦离子束。图S7：样品770–14 W的FIB 3D分析：（a）制作带有嵌入式参考标记的Pt保护层，（b）通过FIB铣削制备U形感兴趣区域，（c）Z对比横截面第一个获取的切片图像的SEM图像，（d）使用体积渲染（前视图）的三维样本可视化，（e）使用体积渲染（后视图）的三维样本可视化。 TEM分析是在配备有EDXS 100 mm2 JEOL Centurio检测器和GIF量子光谱仪的200 kV高压冷FEG Cs像差校正显微镜JEOL ARM 200 CF上进行的。 SV 1视频：在13周的循环载荷下，经受b1ΔT1的样品的相同位置随时间的推移产生了裂纹。 SV 2视频：样品770/14周：使用体积渲染技术进行三维样品可视化–完整360度旋转。参见DOI：10.1039 / c8ee03536a TEM分析是在配备有EDXS 100 mm2 JEOL Centurio检测器和GIF量子光谱仪的200 kV高压冷FEG Cs像差校正显微镜JEOL ARM 200 CF上进行的。 SV 1视频：在13周的循环载荷下，经受b1ΔT1的样品的相同位置随时间的推移产生了裂纹。 SV 2视频：样品770/14周：使用体积渲染技术进行三维样品可视化–完整360度旋转。参见DOI：10.1039 / c8ee03536a TEM分析是在配备有EDXS 100 mm2 JEOL Centurio检测器和GIF量子光谱仪的200 kV高压冷FEG Cs像差校正显微镜JEOL ARM 200 CF上进行的。 SV 1视频：在13周的循环载荷下，经受b1ΔT1的样品的相同位置随时间的推移产生了裂纹。 SV 2视频：样品770/14周：使用体积渲染技术进行三维样品可视化–完整360度旋转。参见DOI：10.1039 / c8ee03536a">†</a>,Energy & Environmental Science

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具有等温和循环载荷的高吸收率CSP涂层表征和可靠性测试，可预测使用寿命 †
Energy & Environmental Science ( IF 32.4 ) Pub Date : 2019-04-19 00:00:00 , DOI: 10.1039/c8ee03536a
Luka Noč _{1,

2,

3,

4,

5} , Ervin Šest _{1,

2,

3} , Gregor Kapun _{1,

2,

3} , Francisco Ruiz-Zepeda _{1,

2,

3} , Yaniv Binyamin _{6,

7,

8} , Franci Merzel _{1,

2,

3} , Ivan Jerman _{1,

2,

3}

Affiliation

基于塔式技术的集中太阳能发电（CSP）承诺，根据热能存储和未来的可再生能源收集技术，电价将低于7.3美分/千瓦时。但是，价格很大程度上取决于能量转换效率。以前在吸收剂涂层上的工作表明吸收剂效率随时间降低。但是，由于在CSP操作过程中承受了极大的热和环境负荷，因此预计会过早发生故障。吸收体涂层的使用寿命，反映在能量转换效率与营业时间与投资者预期的利润成正比。在这项研究中，使用实验测试与先进的分析方法和理论模型相结合，我们揭示了在等温和循环条件下的等效于现场的热负荷促进了衬底的氧化。最重要的是，由嵌入在二氧化硅基体中的黑色尖晶石颜料组成的最新工业涂料可以使用10年以上，日吸收率超过95％。我们使用先进的材料表征技术，提供了在模拟操作条件下长期稳定性和降解机理的详细见解，从而建立了涂层性能与其寿命预测之间的关系。

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High-solar-absorptance CSP coating characterization and reliability testing with isothermal and cyclic loads for service-life prediction†

Tower-technology-based concentrated solar power (CSP) promises to deliver electricity prices below 7.3 ¢ per kW h based on thermal energy storage and future renewable-energy harvesting technology. However, the price depends very much on the energy-transformation efficiency. Previous work on absorber coatings showed a reduced absorber efficiency over time. However, due to the extreme thermal and environmental loads during CSP operation, premature failure is expected. The absorber coating's service life, reflected in the energy-transformation efficiency vs. the operating time, is proportional to the profit expected by investors. In this study, using experimental testing combined with advanced analytics and theoretical modelling, we revealed that the field-equivalent thermal loads under isothermal and cyclic conditions facilitates the substrate oxidation. Most importantly, a state-of-the-art industrial coating composed of a black spinel pigment embedded in a silica matrix can serve for more than 10 years with a solar absorptance above 95%. Using advanced material characterization, providing detailed insights into the long-term stability and degradation mechanism under simulated operating conditions, we established the relationship between the coating's performance and its lifetime prediction.

更新日期：2019-04-19

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