Ett forskningssamarbete mellan Max-Planck-institutet för plasmafysik (IPP), elektrolytspecialisten IoLiTec och Fraunhofer-institutet för produktionsteknik och automatisering IPA utvecklar en helt ny teknik för att elektrokemiskt framställa rena volframbeläggningar.
Projektet, som kallas GalvanoFusion, pågår till slutet av 2028 och syftar till att skydda innerväggarna i framtida fusionsreaktorer med ett tunt lager volfram. Volfram är särskilt lämpligt för ytor som utsätts för plasma, eftersom materialet både är mycket robust och klarar extremt höga temperaturer, upp till belastningar på omkring 10 megawatt per kvadratmeter.
Som en eldfast metall med en smältpunkt på över 3000 °C tål volfram extrema värmepåfrestningar. Samtidigt är materialet sällsynt och dessutom svårt att bearbeta mekaniskt. Att tillverka hela komponenter i volfram är därför varken praktiskt eller ekonomiskt rimligt. Lösningen är istället att applicera ett tunt volframskikt på ett mer lättbearbetat basmaterial.
Utmaningen ligger i volframens kemiska egenskaper. Traditionella galvaniska metoder fungerar inte, eftersom volfram har mycket låg väteöverspänning. I vattenbaserade elektrolyter bildas därför endast väte och inte något metallskikt.
Forskarna använder därför vattenfria elektrolyter, baserade på joniska vätskor och organiska lösningsmedel, vilket är ett helt nytt angreppssätt inom området.
– Det finns i dag ingen etablerad metod för att elektrokemiskt framställa rent volfram, varken industriellt eller i laboratoriemiljö, säger projektledaren Andreas Waibel vid Fraunhofer IPA, i ett pressmeddelande.
De tre parterna bidrar med olika kompetenser. IPP definierar kraven på beläggningarna och testar dem under realistiska fusionsförhållanden. Fraunhofer IPA utvecklar själva beläggningsprocessen med målet att kunna skala upp den industriellt medan IoLiTec bidrar med expertis kring utveckling av joniska vätskor
Projektet finansieras av det tyska forskningsministeriet (BMFTR) inom programmet Fusion 2040.
