Самый эффективный способ транспортировки электроэнергии на большие расстояния — использование высоковольтных кабелей постоянного тока (HVDC). Для дальнейшего повышения эффективности передачи энергии кабелей HVDC необходимы изоляционные материалы с очень низкой электропроводностью, к чему Кристиан Мюллер и его исследовательская группа из Технологического университета Чалмерса подошли на шаг ближе.

Кабели HVDC

Кабели HVDC обладают множеством преимуществ. В кабеле постоянного тока электричество может идти в обоих направлениях, что является идеальным способом соединения электрических сетей, которые в противном случае разделены. Кабели также могут быть закопаны в землю и даже проложены на морском дне, что позволяет расширять сеть и соединять разные части мира.

Но даже если современные кабели HVDC хороши, они могут быть еще лучше. Чтобы получить как можно меньшие потери электроэнергии в кабелях, необходимо увеличить передаваемое напряжение. Но это устанавливает высокие стандарты для изоляционного материала вокруг проводящей жилы. В самых современных электрических кабелях используется экструзионная изоляция на основе полиэтилена — пластика, который также содержится в обычных пакетах для покупок.

Проблема с этим материалом в том, что он чувствителен к нагреванию. При высоких рабочих температурах кабелей HVDC, от 70 до 90 ºC, материал становится мягким. Это можно решить, создав ковалентные поперечные связи между полимерными цепями, но тогда возникает новая проблема. Во время производства образуются вредные побочные продукты, которые также ухудшают электрические свойства материала.

Новый способ создания изоляционного материала

Кристиан Мюллер и его исследовательская группа нашли новый способ создания изоляционного материала с превосходными электрическими свойствами. Добавляя очень небольшие количества сопряженного полимера поли (3-гексилтиофена) (P3HT) к полиэтилену, можно резко снизить электрическую проводимость изоляционного материала.

Когда было добавлено всего 5 ppm P3HT, проводимость постоянного тока в материале была в три раза ниже по сравнению с полиэтиленом без добавки, что, учитывая небольшое количество необходимой добавки, является лучшим результатом для любой добавки, снижающей проводимость. до сих пор. Другие типы добавок, снижающих проводимость, включают наночастицы оксидов металлов и другие полиолефины, но их необходимо добавлять в гораздо больших количествах.

Сопряженные полимеры, такие как P3HT, ранее использовались для разработки, например, гибкой и печатной электроники. Это первый случай, когда сопряженный полимер (один из основных материалов для гибкой и печатной электроники) используется в качестве простой добавки для другого полимера, чтобы изменить его свойства, и исследователи полагают, что это открытие откроет множество новых приложений.

Новости полимеров. 09.06.21