Un dispozitiv care rezistă la o temperatură de 1400 de grade Celsius și îmbunătățește producția de energie solară

O echipă de la Universitatea din Bristol și CEA Commissariat à l'Energie Atomique din Franța au proiectat și testat pale rotative pentru a genera flux de siliciu topit, care este crucial pentru industrii precum oțelul sau energia nucleară care se bazează pe controlul metalului topit și pe detectarea impurităţi.

Analiza tradițională de laborator este lentă, costisitoare și lipsește date în timp real. Oamenii de știință și-au propus să dezvolte o metodă pentru detectarea impurităților în timp real, cu o limită de detecție ultra-scăzută, cea mai scăzută concentrație reală, care va fi aproape întotdeauna detectată în siliciul topit folosit în celulele solare, abordând provocări precum temperaturile ambientale ridicate și prezența. de vapori si oxizi.

Autor principal Dr. Younis Balrahiti Asociat senior de cercetare din Bristol Facultatea de Inginerie Electrică, Electronică și Mecanică „Studiul nostru a furnizat o sondă inovatoare de temperatură ridicată bazată pe agitare mecanică, asigurând o suprafață curată, reprezentativă și stabilă pentru analiza chimică în timp real a siliciului topit”, a spus el.

Tehnicile de spectroscopie implică măsurarea și analiza interacțiunii dintre radiația electromagnetică și materie pentru a oferi o perspectivă asupra compoziției, structurii și proprietăților materialelor. LIBS (Laser Induced Spectroscopy) este o tehnică spectroscopică rapidă, la distanță, care poate fi aplicată pe orice material (lichid, solid și aerosol).

Recent, aplicarea sa la topiturile de metal a atras un interes tot mai mare pentru controlul topiturii. Cu toate acestea, aplicațiile LIBS bazate pe efectuarea ablației cu laser peste lichid au dezavantaje din cauza lipsei de regenerare și a stabilității suprafeței analizate. Suprafața băii expusă atmosferei cuptorului poate fi modificată chimic (oxidată sau nitrurata) rezultând prezența zgurii, deci nu reprezintă compoziția chimică a topiturii.

La temperaturi ridicate, vaporii pot interfera cu fasciculul laser spectral. În unele cazuri, spectrul emis de plasmă poate fi ascuns de emisiile de metal fierbinte, deoarece acesta se comportă ca un corp negru. Având în vedere aceste dificultăți, au fost dezvoltate mai multe dispozitive pentru a aplica LIBS metalelor topite care au unele limitări, cum ar fi instabilitatea.

În acest studiu, publicat astăzi în jurnalul Heliyon, se propune combinarea amestecării mecanice a topiturii prin lame rotative inovatoare cu LIBS. Rotația sa va genera o suprafață reprezentativă, regenerabilă și stabilă ca țintă pentru laserul LIBS pentru analiza in situ la temperaturi ridicate.

„Am proiectat și testat pale inovatoare ale rotorului pentru a genera flux în siliciu topit”, a adăugat dr. Belrahiti. „Am dezvoltat apoi sonda asociată cu tehnologia spectroscopică LIBS, asigurând funcționarea acesteia în condiții de temperatură ridicată.”

„Sonda dezvoltată oferă o modalitate mai rapidă și mai rentabilă de a detecta impuritățile din materialele topite utilizate în celulele solare, datorită amestecării mecanice inovatoare și spectroscopiei care asigură o analiză precisă în timp real, deschizând calea pentru o producție mai eficientă de energie solară.”

Sonda mecanică pe bază de agitare permite detectarea eficientă a impurităților din siliciul topit, îmbunătățind controlul calității fotovoltaice. Această tehnologie poate fi adaptată pentru diverse aplicații de temperatură ridicată în afara celulelor solare, cum ar fi în industria siderurgică și nucleară.

După validarea metodei lor pe siliciul topit, următorul pas este să exploreze aplicarea acestuia în alte medii cu temperaturi ridicate și să-și extindă potențialele utilizări industriale.

hârtie:

„Agitarea mecanică: o nouă abordare de inginerie pentru spectroscopia in situ a topirii la temperatură ridicată” de Y. Belrhiti, M. Albaric, M. Benmansour, J.-B. Cervin și A. Al-Shibli în Sparanghel.