Nyt isoleringsmateriale giver en mere effektiv eldistribution

Højspændings jævnstrømskabler, som effektivt kan transportere elektricitet over lange afstande, spiller en afgørende rolle i vores elforsyning. At optimere deres præstationer er derfor en vigtig udfordring. Med det mål for øje, forskere fra Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, præsentere et nyt isoleringsmateriale op til tre gange mindre ledende, tilbyder væsentlige forbedringer af sådanne kablers egenskaber og ydeevne.

Hvis vi skal skifte til en verden drevet af vedvarende energi, effektiv langdistancetransport af elektricitet er afgørende, siden forsyningen—vedvarende energikilder såsom vind- og solfarme, såvel som hydroelektriske dæmninger - er ofte placeret langt fra byer, hvor størstedelen af ​​efterspørgslen er. Højspændings jævnstrømskabler, eller HVDC-kabler, er det mest effektive middel til at transportere elektricitet over lange afstande. HVDC-kabler med et isoleringslag kan nedgraves under jorden eller lægges på havbunden, giver mulighed for betydelig udvidelse af netværk, og mange projekter er i øjeblikket i gang for at forbinde forskellige dele af verden. I Europa, for eksempel, NordLink-projektet vil forbinde det sydlige Norge og Tyskland, og HVDC-kabelprojekter udgør en væsentlig del af energiwende, Tysklands overordnede plan om at gå over til en mere miljømæssigt bæredygtig energiforsyning.

"For at vi kan håndtere den hastigt stigende globale efterspørgsel efter elektricitet, effektive og sikre HVDC-kabler er en væsentlig komponent. Udbuddet af vedvarende energi kan svinge, så at kunne transportere elektricitet gennem langdistancenet er en nødvendighed for at sikre en stabil og pålidelig distribution, siger Christian Müller, leder af forskningen og professor ved Institut for Kemi og Kemiteknik på Chalmers Tekniske Universitet.

Under transport, så lidt energi som muligt skal gå tabt. En måde at reducere transmissionstab som dette er ved at øge jævnstrømsspændingsniveauet.

"Imidlertid, en stigning i transmissionsspændingen påvirker isoleringen af ​​et HVDC-kabel negativt, " forklarer Xiangdong Xu, forskningsspecialist ved Institut for Elektroteknik på Chalmers Tekniske Universitet.

"De resulterende højere elektriske feltspændinger kunne håndteres, hvis den elektriske ledningsevne af isoleringsmaterialet blev reduceret tilstrækkeligt."

Forskerne præsenterer nu en ny måde at reducere ledningsevnen af ​​et isoleringsmateriale på.

Et materiale, der giver kablerne tre gange lavere ledningsevne

Grundlaget for det nye materiale er polyethylen, som allerede anvendes til isolering i eksisterende HVDC-kabler. Nu, ved at tilsætte meget små mængder - 5 dele pr. million - af den konjugerede polymer kendt som poly(3-hexylthiophen), forskerne var i stand til at sænke den elektriske ledningsevne med op til tre gange

Tilsætningsstoffet, også kendt som P3HT, er et meget studeret materiale, og i betragtning af de små mængder, der kræves, åbner nye muligheder for producenterne. Andre mulige stoffer, der tidligere har været brugt til at reducere ledningsevnen, er nanopartikler af forskellige metaloxider og andre polyolefiner, men disse kræver betydeligt større mængder.

"I materialevidenskab, vi bestræber os på at bruge tilsætningsstoffer i så små mængder som muligt, for at øge potentialet for, at de kan bruges i industrien og for bedre genanvendelsespotentiale. Det faktum, at der kun kræves en meget lille mængde af dette tilsætningsstof for at opnå effekten er en stor fordel, siger Christian Müller.

En opdagelse, der kan føre til et nyt forskningsfelt

Konjugerede polymerer, såsom P3HT, har tidligere været brugt til at designe fleksibel og trykt elektronik. Imidlertid, det er første gang, de er blevet brugt og testet som et additiv for at ændre egenskaberne af en råvareplast. Forskerne mener derfor, at deres opdagelse kan føre til adskillige nye anvendelser og retninger for forskning.

"Vores håb er, at denne undersøgelse virkelig kan åbne et nyt forskningsfelt, inspirere andre forskere til at se nærmere på design og optimering af plast med avancerede elektriske egenskaber til energitransport og lagringsapplikationer, siger Christian Müller.

Den videnskabelige artikel, med titlen "Genbrug af poly (3-hexylthiophene) som et ledningsevne-reducerende additiv til polyethylen-baseret højspændingsisolering, " er blevet offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer .