Actualizado: 05/07/2024
En un avance significativo para la producción de energía solar, investigadores de la Universidad de Bristol y el CEA Commissariat à l’Energie Atomique en Francia han desarrollado una sonda innovadora que puede operar en temperaturas tan altas como la lava fundida. Este descubrimiento tiene el potencial de revolucionar la forma en que se genera y se controla el flujo en el silicio fundido, un componente crucial para industrias como la siderúrgica o la nuclear, que dependen del control del metal fundido y la detección de impurezas.
Un nuevo dispositivo capaz de soportar temperaturas de 1400°C podría mejorar la producción de energía solar
La Limitación de los Métodos Tradicionales.
Los métodos tradicionales de análisis de laboratorio son lentos, costosos y carecen de datos en tiempo real. Ante este desafío, los científicos se propusieron desarrollar un método para la detección de impurezas en tiempo real con un límite de detección muy bajo, es decir, la concentración verdadera más baja que casi siempre se detectará en el silicio fundido utilizado para las células solares. Este método afronta desafíos como las altas temperaturas y la presencia de vapores y óxidos.
Innovación en la Detección de Impurezas
El autor principal, el Dr. Younes Belrhiti, investigador asociado sénior de la Escuela de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Mecánica de Bristol, comentó:
Nuestro estudio introdujo una sonda de alta temperatura innovadora basada en agitación mecánica, asegurando una superficie limpia, representativa y estable para el análisis químico en tiempo real del silicio fundido.
Dr. Younes Belrhiti
La espectroscopía, que implica la medición y análisis de la interacción entre la radiación electromagnética y la materia, proporciona información sobre la composición, estructura y propiedades de las sustancias. La espectroscopía de descomposición inducida por láser (LIBS) es una técnica espectroscópica rápida y remota que puede aplicarse a cualquier material (líquido, sólido y aerosol).
Superando los Desafíos con la Tecnología LIBS
La aplicación de LIBS a fundiciones metalúrgicas ha ganado interés para controlar el fundido. Sin embargo, las aplicaciones de LIBS que realizan ablaciones láser en la superficie de un líquido presentan desventajas debido a la falta de renovación y estabilidad de la superficie analizada. La superficie del baño expuesta a la atmósfera del horno puede modificarse químicamente, llevando a la presencia de escoria, por lo que no es representativa de la composición química del fundido.
A altas temperaturas, los vapores pueden interferir con un haz de láser de espectroscopía. En algunos casos, el espectro emitido por el plasma puede ser enmascarado por las emisiones de metal caliente ya que se comporta como un cuerpo negro. Considerando estas dificultades, se han desarrollado varios dispositivos para aplicar LIBS en metales fundidos, los cuales tienen algunas limitaciones como la inestabilidad.
La Solución: Aspas Rotatorias Innovadoras
En este estudio, publicado hoy en la revista Heliyon, se propone una agitación mecánica del fundido mediante aspas rotatorias innovadoras combinadas con LIBS. Su rotación generará una superficie representativa, renovada y estable como objetivo del láser LIBS para un análisis in situ a altas temperaturas.
Diseñamos y probamos aspas rotatorias innovadoras para generar flujo en silicio fundido. Luego, desarrollamos la sonda asociada acoplada con la técnica espectroscópica LIBS, asegurando su funcionalidad en condiciones de alta temperatura.
La sonda desarrollada ofrece una manera más rápida y rentable de detectar impurezas en materiales fundidos utilizados para células solares, gracias a la agitación mecánica innovadora y la espectroscopía que garantiza un análisis en tiempo real preciso, allanando el camino para una producción de energía solar más eficiente.
Dr. Belrhiti
Esta sonda basada en agitación mecánica permite una detección eficiente de impurezas en el silicio fundido, mejorando el control de calidad de las células fotovoltaicas. Esta tecnología puede adaptarse para diversas aplicaciones a alta temperatura más allá de las células solares, como en las industrias del acero y nuclear.
Habiendo validado su método en silicio fundido, el siguiente paso de los investigadores es explorar su aplicación en otros entornos de alta temperatura, ampliando sus posibles usos industriales.
Vía February : Mechanical probe | News and features | University of Bristol
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