Un nuevo dispositivo que puede soportar temperaturas de hasta 1.400 grados centígrados podría permitir una producción de energía solar más eficiente

Los investigadores han inventado una sonda innovadora que puede funcionar a temperaturas hasta las de la lava fundida.

El equipo ha diseñado y probado con éxito palas giratorias para generar flujo en silicio fundido, lo cual es fundamental para industrias como la del acero o la energía nuclear que dependen del control del metal fundido y la detección de impurezas.

Los análisis de laboratorio tradicionales son lentos, costosos y carecen de datos en tiempo real. El equipo se propuso desarrollar un método para la detección de impurezas en tiempo real con un límite de detección ultrabajo, la concentración real más baja, que casi siempre se detectará en el silicio fundido utilizado en las células solares, abordando desafíos como las altas temperaturas y la presencia ambiental. . Vapores y óxidos.

Autor principal Dr. Younis Belrahiti Investigador asociado senior de Bristol Facultad de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Mecánica «Nuestro estudio ha proporcionado una innovadora sonda de alta temperatura basada en agitación mecánica, que garantiza una superficie limpia, representativa y estable para el análisis químico en tiempo real del silicio fundido», dijo.

Las técnicas de espectroscopia implican medir y analizar la interacción entre la radiación electromagnética y la materia para proporcionar información sobre la composición, estructura y propiedades de los materiales. LIBS (espectroscopia de descomposición inducida por láser) es una técnica espectroscópica remota y rápida que se puede aplicar a cualquier material (líquido, sólido, aerosol).

Recientemente, su aplicación a metales fundidos ha despertado un interés creciente en el control de la fusión. Sin embargo, las aplicaciones LIBS basadas en realizar ablación láser sobre el líquido tienen inconvenientes debido a la falta de regeneración y estabilidad de la superficie analizada. La superficie del baño expuesta a la atmósfera del horno puede modificarse químicamente (oxidarse o nitrarse), dando como resultado la presencia de escoria. Por tanto, no representa la composición química de la masa fundida.

A altas temperaturas, los vapores pueden interferir con el rayo láser espectral. En algunos casos, el espectro emitido por el plasma puede verse oscurecido por las emisiones del metal caliente porque se comporta como un cuerpo negro. Considerando estas dificultades, se han desarrollado varios dispositivos para aplicar LIBS a metales fundidos que tienen algunas limitaciones como la inestabilidad.

En este estudio, publicado hoy en la revista Heliyon, se propone combinar la agitación mecánica de la masa fundida mediante innovadoras cuchillas giratorias con LIBS. Su rotación generará una superficie representativa, renovable y estable como objetivo del láser LIBS para análisis in situ a altas temperaturas.

El Dr. Belrahiti añadió: “Diseñamos y probamos cuchillas giratorias innovadoras para generar flujo en silicio fundido. A continuación, desarrollamos la sonda asociada a la tecnología espectroscópica LIBS, asegurando su funcionamiento en condiciones de alta temperatura.

«La sonda desarrollada proporciona una forma más rápida y rentable de detectar impurezas en materiales fundidos utilizados en células solares, gracias a una innovadora agitación mecánica y espectroscopía que garantiza un análisis preciso en tiempo real, allanando el camino para una producción de energía solar más eficiente».

La sonda mecánica basada en agitación permite la detección eficiente de impurezas en el silicio fundido, mejorando el control de calidad fotovoltaico. Esta tecnología se puede adaptar para diversas aplicaciones de alta temperatura fuera de las células solares, como en las industrias del acero y la nuclear.

Después de validar su método en silicio fundido, el siguiente paso es explorar su aplicación en otros entornos de alta temperatura y ampliar sus posibles usos industriales.

papel:

“Agitación mecánica: un nuevo enfoque de ingeniería para la espectroscopia in situ de fusión a alta temperatura” por Y. Belrhiti, M. Albaric, M. Benmansour, J.-B. Cervín y A. Al-Shibli en Espárragos.