记者近日从南京工业大学获悉，该校能源动力学科凌祥教授团队最新研发出一种气固粉基复合导热材料，为破解高温塔式光热吸热器的高效传热和抗热冲击难以兼顾的难题提供了新方案。相关成果近日发表于国际学术期刊《能源转换与管理》。
高温塔式光热发电通过大量反射镜将太阳光聚焦到吸热器，再经储热与发电系统输出电力。传统传热介质熔盐工作温度通常受限，若采用金属钠等高温介质，虽可提高传热能力和温度上限，却会带来遇水、遇空气剧烈反应等挑战。如何在“隔得开”和“传得快”之间取得平衡，同时避免局部热点影响装备寿命和运行稳定性，成为关键难题。
此次研究中，团队创新采用了由高导热金属粉末和惰性气体压实组成的“均热缓冲夹层”。该材料由金属粉末形成连续传热网络，用惰性气体填充粉末间隙，提供相对稳定的保护环境。当局部热流突然升高时，粉末网络还能将热量向周围扩散，减轻热冲击集中影响。
“这不是简单加厚隔离层，而是让同一层材料同时成为安全屏障、传热通道和热冲击缓冲层。”凌祥说，测试显示，该材料导热系数超过20瓦每开米，高于不锈钢等常见工程金属材料水平;采用该材料的新型吸热器可支撑吸热介质在850℃以上工作，并承受每平方米10兆瓦高热流密度。即使强热流集中冲击局部区域，材料也能快速均热，避免局部过热。这样一来，成千上万面聚光反射镜不必把阳光“瞄”得过于精准，设备也能稳定运行，从而显著提升光电效率并大幅度降低系统成本。
凌祥表示，该成果有望破解光热发电难以规模化发展的重大瓶颈。未来，气固粉基复合导热材料可进一步拓展至钠冷快堆和严苛工况余热回收等场景，为高效安全能源装备和“双碳”目标提供技术储备。
