ФУЛЛЕРЕНЫ ПОВЫСЯТ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ

ФУЛЛЕРЕНЫ ПОВЫСЯТ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ

Высоковольтные сетевые кабели постоянного тока необходимы для эффективной передачи электроэнергии от некоторых типов источников альтернативной энергии, например – от ветряных электростанций.

Обычно увеличение мощности в магистральной сети высокого напряжения увеличивает эффективность передачи энергии, однако это достается дорогой ценой – происходит более быстрое разрушение изолирующего слоя кабелей, в результате чего увеличивается риск их повреждения и разрушения.

Тем не менее эту проблему можно решить: исследователи из Швеции и Австралии показали, что введение небольшого количества фуллеренов в материал изоляции увеличивает ее устойчивость к высокому напряжению. Как заявляет один из руководителей исследования, Кристиан Мюллер (Christian Müller), увеличение эффективности изолирующих материалов и, таким образом, передачи энергии, в том числе и от источников возобновляемой энергии представляет собой важную задачу.

Рисунок из Adv. Mater., 2014, 27, 897; DOI: 10.1002/adma.201404306

Традиционным способом повышения устойчивости изолирующего слоя высоковольтного кабеля является увеличение слоя диэлектрика, однако такие меры приводят к возрастанию массы кабеля и сложностям в его укладке и обслуживании. Устойчивость изоляции может быть также улучшена с помощью стабилизаторов напряжения, которые, будучи добавленными в диэлектрик в небольших количествах, замедляют или предотвращают разрушение изолятора под воздействием высоких напряжений. На теоретическом уровне о применении стабилизаторов напряжения известно с 1970-х годов, однако на практике такой подход ни разу не был реализован.

Лен Диссадо (Len A Dissado) из Университета Лестера, специалист по деградации полимерных материалов, вызванной воздействием электричества, отмечает, что известные стабилизаторы напряжения необходимо добавлять к полимерам в количестве, не меньшем, чем один процент (по массе). Это сложно осуществить, так как большинство из них плохо растворяются в вязкотекучем полиэтилене и других полимерах, традиционно применяющихся для изготовления изоляционных материалов. Низкая растворимость приводит к тому, что легирование полимеров добавками приходится проводить с помощью дорогостоящих и сложных процедур, при этом сохраняется риск утечки добавок из полимера.

Исследователи из группы Мюллера, работая совместно с производителем полимерных материалов – компанией Бореалис (Borealis), решили ввести в полиэтилен небольшие количества фуллерена C₆₀ и его растворимого производного – метилового эфира [6,6]-фенил-C61-бутановой кислоты (PCBM). Изучение деструкции полученного композитного материала показало, что диэлектрик, легированный всего 0.1 % PCBM (по массе) выдерживает напряжение на 26% выше, чем обычный, немодифицированный полиэтилен.

Также было обнаружено, что удельная эффективность (взятая на единицу массы) в шесть раз выше, чем активность других стабилизаторов напряжения, как, например, антрацен; еще одним преимуществом фуллеренов и их производных является то обстоятельство, что они образуют химические связи с полимерными нитями, что, очевидно, снижает риск их вымывания из композитного материала. Мюллер уверен, что будущее технологий передачи электроэнергии заключается именно в применении стабилизаторов напряжения.

Источник: Adv. Mater., 2014, 27, 897 (DOI: 10.1002/adma.201404306)