随着全球能源结构的转型与清洁能源技术的不断推进，超临界二氧化碳（sCO₂）技术因其高效率、低排放的优势，成为学术界与工业界研究的焦点。西南研究院（Southwest Research Institute，SwRI）日前宣布，在高温高压sCO₂材料测试领域取得突破，创下了1150摄氏度及300巴（约4350磅/平方英寸）的测试记录，刷新了国际已报道的sCO₂环境下最高压力和温度的材料实验极限。这一重大进展不仅标志着高性能材料测试技术的飞跃，也为未来sCO₂涡轮设计和应用奠定坚实的基础。西南研究院在该领域的创新技术展现了其作为全球领先研究机构的卓越实力。超临界二氧化碳技术作为新兴的电力转换和能源利用方式，利用CO₂在临界点附近的独特物理化学特性，大幅提升热能转化效率。与传统蒸汽涡轮技术相比，sCO₂涡轮系统拥有更紧凑的结构、更高的效率及更低的环境影响，因此成为开发下一代高效绿色能源设备的关键方向。
然而，高温高压条件下材料的性能与耐久性，是限制sCO₂涡轮商业化推进的核心障碍之一。材料必须能承受超高温度和压力，同时保持结构稳定，避免腐蚀和机械失效。西南研究院此项研究的背后，是由资深研究工程师迈克尔·马歇尔（Michael Marshall）和工程专家杰夫·摩尔博士（Dr. Jeff Moore）领导的团队，承担了美国能源部6.4百万美元的合同，旨在设计面向直接燃烧sCO₂电厂的氧燃烧涡轮系统。该项目强调对材料的极端性能测试，以确保涡轮组件能够在苛刻的运行环境中安全可靠。材料工程专家弗洛朗·博歇尔博士（Dr. Florent Bocher）带领团队评估了多种涂层和材料在纯100%超临界二氧化碳环境下的性能表现，实现了从800摄氏度及300巴，跃升至1150摄氏度和同等压力的突破。此前文献报道的sCO₂材料测试最高条件为800度和300巴，SwRI团队成功超越了这一水平350度，使测试温度达到设计涡轮的极限。
此次创新的设备设计是成功的关键。传统高压高温实验装置通常采用外部加热方式，但随着温度攀升，容器材料的机械性能显著下降，导致安全隐患。为了克服这一难题，SwRI在专用高压釜内部安装了感应加热线圈，通过内部加热实现极高温度，同时外部结构保持冷却，保证测试容器的机械强度和压力承载能力。此设计不仅保证了安全，也显著提升了测试的灵活性与极限性能。具有里程碑意义的测试平台不仅能用于sCO₂涡轮材料的研发和验证，还为熔盐能量生产与储存、超音速飞行器材料研究以及美国能源部超级临界电力转换项目（Supercritical Transformational Electric Power，STEP）示范性10兆瓦级sCO₂发电厂的材料验证提供了关键支撑。该示范项目投入高达1.69亿美元，旨在推动sCO₂技术的工业化和应用商业化。
西南研究院在极端条件下材料性能测试的能力提升，将直接推动相关能源技术的进步，支撑更高效、更可靠的设备开发。超临界二氧化碳技术的核心价值在于其高能量密度和良好的热传导性，但材料耐久性一直是限制进步的瓶颈。此次测试装置和方法的革新，为长寿命、高耐久性的涡轮叶片及相关组件的开发扫码，推动sCO₂技术向发电、工业余热回收、航空航天乃至汽车领域的广泛应用迈进。此外，SwRI突破性的测试技术亦具有广泛的跨学科应用前景，特别是在高温金属合金、耐腐蚀涂层、新型陶瓷材料及复合材料的性能评估中具有重要意义。随着对极端环境材料需求的增加，该技术平台可为材料科学研究机构和产业界提供独特的实验解决方案。该项目的成功还体现了科研机构与政府部门合作推动能源技术创新的典范。
美国能源部对sCO₂技术的大力支持和充足资金投入，激发了研究团队的创新动能，突破传统实验极限，为全球能源转型做出积极贡献。今后，SwRI计划继续优化实验平台，拓展测试条件范围，开启更多材料和涂层的系统性能分析，助力sCO₂及其他高温高压能源技术的稳健发展。总而言之，西南研究院此次在超临界二氧化碳材料测试中打破温度和压力极限，为清洁高效能源技术的研发提供了坚实基础。未来，随着这一测试能力的丰富应用，更多适应极端工况的先进材料将被开发，极大提升能源设备的效能与安全性。面对全球能源结构转型和碳中和目标，技术创新和材料科学的深度融合将成为关键推动力量，而SwRI的突破正是这一领域迈向新纪元的典范。
