成果報告書 2019年3月

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成果報告書詳細
管理番号20180000000961
タイトル平成28年度―平成29年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(風力発電その他未利用エネルギー)金属酸化物を用いた高効率、高耐久の太陽熱吸収体の開発
公開日2019/3/26
報告書年度2016 - 2017
委託先名ナノフロンティアテクノロジー株式会社 国立大学法人信州大学
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約「太陽熱吸収体ベース材の開発」自社合成のベース材の開発に成功し、金属酸化物を混合し成膜に成功した。900℃ではクラックが発生したが、膜の剥離は認められず、基板への密着性は高かった。「太陽熱吸収体光吸収膜の開発」スプレー方法の改善により、微細な細孔構造の成膜に成功した。その結果、250-2500nmでの光吸収率は約3%上昇し、96-98%を達成した。800℃の炉で3回焼いた試料でも、光吸収特性は変わらないことも実証された。また、既存品と比較しても、大きく光吸収特性が高いことが証明された。また長波長域(2-20μm)に於いても、光吸収率90-95%を維持している。800℃で3回焼いても、光吸収率の変化はほとんどなかった。長波長域でも既存品と比較して光吸収特性は高いことが証明された。「太陽熱吸収体トップコート材の開発」シリカミクロ多孔体のトップコート原料の作製に成功し、塗布しても光吸収率96-98%を達成した。「太陽熱吸収体3層構造の作製」ベース層、光吸収膜層、トップコートの各層の作製は完成し、それらの積層に成功した。性能評価は、光吸収特性は波長250nm?2500nmで96-98%を達成、波長2µm?20µmで92-96%を達成した。耐熱試験は、顧客仕様のステンレス253MA基板に作製したサンプルで、850℃100hのAgingTestに成功した。850℃100h加熱したサンプルにはクラックが見られたが、膜の剥離等は発生しなかった。既存品で世界市場の90%を保有するPyromarkは、10時間で大きく光吸収率が低下し剥離が発生したため、100h試験はできなかった。この結果からPyromarkと比べて、光吸収率、耐熱性とも上回ったことがわかった。「ビジネスプランの作成」ユーザー候補先である太陽熱発電メーカー等に聞き込みを行った結果、光吸収率95%以上、高耐熱性が一番重要であるとの情報を得た。本仕様に対応可能な大型版実機試作品作製に向けた具体的な開発計画を作成した。「3層構造の最適化・改良開発」酸化チタンのモル濃度を変えたことで光吸収膜の強度は上昇した。酸化チタン量が増えることで光吸収率が下がる分は、スプレー方法を変更して補い、96-98%を保ったまま強度アップに成功した。ベース材は原料そのものを変更した結果、昨年よりもはるかに基板密着性の高い膜の作製に成功した。トップコートは多孔質シリカ原料に他シリカ原料を少量混合することで、光吸収率を上昇させることに成功した。「高温対応選択的吸収膜の開発」波長400-800nmでの光吸収率96%以上、1-10μmでは光吸収率を抑えた高温対応選択的吸収膜の開発に成功した。「AgingTestによる実証試験」オーストラリア大学にて太陽熱吸収体のAgingTestを実施。Inconel、SS316L基板とも850℃100時間の耐熱試験に合格。既存品と比較して基板密着性、耐熱性が高いことが実証された。SS253MAの試験結果を世界学会で発表したところ、現状では世界一の耐熱性と光吸収率を保有する膜であることが判明した。「試作品の開発」ユーザー候補先にニーズ調査を行い、ニーズどおりの素材(Inconel、SS316L)と厚み(3mm)の基板に太陽熱吸収膜の作製を実施し、試作品を作製した。作製した試験片にてAgingTestを実施し、実用化に必要な仕様に合格した。「ビジネスプランのブラッシュアップ」ユーザー候補先より要求仕様等に関する詳細な聞き込みを実施し、要望するコスト、耐久試験等の聞き込みを行い、ビジネスプランを作成した。
英文要約Title: Research and Development of high absorption, high durability coating for solar receivers using metal oxide (FY2016-FY2017) Final Report

'Development of base layer' We succeeded in making synthetic base material composed metal oxide and TiO2. No crack was observed at heating test 400℃. Small crack was observed at heating test 900℃, but coating was stable after heating test. 'Development of absorption layer’ We succeeded to create micro porous by changed spraying method. The spectral absorptance increased 3% and achieved 96-98% at wavelength 250-2500nm. It is significantly higher than competitors. Absorption was not changed after 1h at 800℃ heating test. Emission was 0.9 at wavelength 7-19µm. 'Development of topcoat layer' We succeeded to create silica material topcoat. The absorption was 96-98% after top coated. ’Development of 3 layers’ We succeeded to create 3 layers (base layer, absorption layer and top coat) with spraying method. 'Making of business plan' We supplied coating samples to user and discuss with them about spec. Their required specifications is high absorption up to 95% and high durability up to 800℃. We created business plan matching to their specification. ‘Improvement and Optimization of 3-layer coating’ As a result of changing the molecular concentration of titanium, the strength of absorption layer was increased. By changing spray method, the absorption was maintaining 96-98%. We succeeded to create new base layer by changing material of base ink, which is much more adhesion to the substrate than last year. For the top layer, we mixed other silica to the top layer ink, we succeeded to raise the absorption. ‘Development of selective absorbing coating for high temperature’ We succeeded to create selective absorbing coating. The absorption was more than 96% (250-2500nm, and saved the absorption during 1-10µm range. ‘Aging test’ Aging test was performed at The Australian National University. Coated on the Inconel625 and stainless steel 316L were executed for temperature value of 600, 750, and 850℃, and ageing times of 10 and 100 hours. Both coating (on Inconel625 and SS316L) had better optical performance and durability than Pyromark coatings (comparative products) for the ageing temperature and times. The reproducibility of the coatings are better than Pyromark. ‘Development of trial products’ We succeeded in coating on the substrate (Inconel625 and SS316L) which are the user’s needs. As a result of Aging Tests, we have passed the specifications necessary for practical application. ‘Brush up of the business plan’ We had a survey of the users, such as the cost, durability test, then brushed up the business plan.
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