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富勒烯有望大幅提高电缆输电效率

 


C60包含60个碳原子,形成了一个很像纳米尺寸足球的分子(来源Christian Müller)。

查尔摩斯工学院的研究人员发现,如果在高压线中的绝缘塑料加入碳纳米球,它的抗高压能力可以提高26%。该研究成果有望大幅度提高电网效率,对于实现可持续能源系统至关重要。

可再生能源距离终端用户通常都非常远,例如,风力发电机最有效放置地方是在海上。如果可以将太阳能从北非和南欧运输到北欧,那么太阳能将对欧洲能源系统产生巨大的影响。

“在电力传输过程中减少能源损失是未来能源系统最重要的因素之一”。Christian Müller(查尔摩斯研究人员之一)说,“另外两个重要因素是发展可再生能源和储能技术”。

另外查尔摩斯工学院和在瑞典一家公司Borealis的合作研究中表明,他们找到了一种在交流电缆中降低能源损失的有效方法。该结果发表在最近的《先进材料》(Advanced Materials)期刊上。

研究表明,在高压电缆中,不同变异性的C60碳球可以非常好的保护高压电缆中的绝缘塑料避免故障发生。现如今,为了避免电缆的绝缘层受损,电压通常是受限的。电压越高,电子越有可能泄漏到绝缘材料中,进而导致严重的故障。

在绝缘塑料添加非常少量的富勒烯,其能承受的电压将比没有添加剂的塑料可承受的电压提高26%


电子树,绝缘塑料主要的绝缘破坏机制。但是富勒烯可以吸收破坏塑料中化学键的电子从而防止电子树生成(来源Anette Johansson and Markus Jarvid

“如果能够提高绝缘材料的电压承受力,将会很大程度的提升世界各地的电力传输效率”。Christian Müller说,“在这个行业里,最主要的一个问题是如何在不增加电缆厚度的情况下提高传输效率,因为电缆如果太重,将会难以搬运”。

1970年,使用添加剂来保护绝缘塑料已经为大家所认知,但直到现在人们并不明确提添加什么材料,又该添加多少。因此,添加剂目前尚未投入应用,而绝缘材料制造需要极高的化学纯度。

近年来,其他研究人员已经测试了富勒烯对高压电缆导电部分的影响。不过直到现在,还是不清楚它是否对绝缘材料有益。


风力发电机时最有效的位置在海上(来源于Lina Bertling

查尔摩斯的其他研究人员表示,富勒烯是目前最好的电压绝缘塑料稳定剂。这意味着富勒烯拥有迄今为止非常卓越的捕获电子的能力,从而防止分子被电子破坏。

为了验证这些发现,查尔摩斯的研究人员测试了一些应用在有机太阳能电池中的分子的性能。研究人员用集中不同的方法对分子进行了测试,并且将这些分子添加至用于高压电缆的绝缘塑料碎片中将这些塑料碎片放在电场中,增加电压直到它们产生裂痕。最终发现,富勒烯可最有效地可以保护绝缘塑料。

下一步的研究是对大规模交流高压电缆进行测试。由于在长距离能量输送上,直流电比交流电更有效,研究人员还将对高压直流电缆进行测试。。

高压电缆截面图。导电核被黑色的保护层覆盖,白色的绝缘塑料层还有额外的黑色保护层(来源于Carolina Eek Jaworski

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