Onderzoekers van Chalmers University of Technology hebben ontdekt dat het isolatieplastic dat wordt gebruikt in hoogspanningskabels een 26 procent hogere spanning kan weerstaan ​​als er koolstofballen van nanometerformaat worden toegevoegd. Dit kan leiden tot enorme efficiëntiewinsten in de elektriciteitsnetten van de toekomst, die nodig zijn om tot een duurzaam energiesysteem te komen.

De duurzame energiebronnen van morgen zullen vaak ver van de eindgebruiker te vinden zijn. Windturbines, bijvoorbeeld, zijn het meest effectief wanneer ze op zee worden geplaatst. Zonne-energie zal de grootste impact hebben op het Europese energiesysteem als de focus ligt op transport van zonne-energie van Noord-Afrika en Zuid-Europa naar Noord-Europa.

"Het verminderen van energieverliezen tijdens de transmissie van elektrische energie is een van de belangrijkste factoren voor de energiesystemen van de toekomst, ", zegt Chalmers-onderzoeker Christian Müller. "De andere twee zijn de ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen en technologieën voor energieopslag."

Samen met collega's van de Chalmers University of Technology en het bedrijf Borealis in Zweden, hij heeft een krachtige methode gevonden om energieverliezen in wisselstroomkabels te verminderen. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Geavanceerde materialen .

De onderzoekers hebben aangetoond dat verschillende varianten van de C60 carbon bal, een nanomateriaal in de moleculaire groep fullereen, bieden een sterke bescherming tegen het doorbreken van het isolatieplastic dat wordt gebruikt in hoogspanningskabels. Tegenwoordig moet de spanning in de kabels worden beperkt om te voorkomen dat de isolatielaag beschadigd raakt. Hoe hoger de spanning, hoe meer elektronen in het isolatiemateriaal kunnen lekken, een proces dat leidt tot afbraak.

Het is voldoende om zeer kleine hoeveelheden fullereen aan het isolatieplastic toe te voegen om een ​​26 procent hogere spanning te weerstaan, zonder dat het materiaal kapot gaat, dan de spanning die plastic zonder toevoeging kan weerstaan.

"In staat zijn om de spanning in deze mate te verhogen, zou resulteren in enorme efficiëntiewinsten in krachtoverbrenging over de hele wereld, ", zegt Christian Müller. "Een belangrijk probleem in de industrie is hoe de transmissie-efficiëntie kan worden verbeterd zonder de stroomkabels dikker te maken, omdat ze al erg zwaar en moeilijk te hanteren zijn."

Het gebruik van additieven om het isolatieplastic te beschermen is al sinds de jaren 70 een bekend concept, maar tot nu toe was het niet precies bekend wat en hoeveel toe te voegen. Bijgevolg, additieven worden momenteel helemaal niet voor dit doel gebruikt, en het isolatiemateriaal is vervaardigd met de hoogst mogelijke mate van chemische zuiverheid.

In recente jaren, andere onderzoekers hebben geëxperimenteerd met fullerenen in de elektrisch geleidende delen van hoogspanningskabels. Tot nu, Hoewel, het is niet bekend dat de stof gunstig kan zijn voor het isolatiemateriaal.

De onderzoekers van Chalmers hebben nu aangetoond dat fullerenen de beste spanningsstabilisatoren zijn die tot nu toe zijn geïdentificeerd voor isolatieplastic. Dit betekent dat ze een tot nu toe onovertroffen vermogen hebben om elektronen op te vangen en zo andere moleculen te beschermen tegen vernietiging door de elektronen.

Om tot deze bevindingen te komen, de onderzoekers testten een aantal moleculen die ook worden gebruikt in het organische zonnecelonderzoek bij Chalmers. De moleculen werden getest met behulp van verschillende methoden, en werden toegevoegd aan stukjes isolatieplastic voor hoogspanningskabels. De stukjes plastic werden vervolgens onderworpen aan een toenemend elektrisch veld totdat ze knetterden. Fullerenen bleken het type additief te zijn dat het isolatieplastic het meest effectief beschermt.

De volgende stap is het op grote schaal testen van de methode in complete hoogspanningskabels voor wisselstroom. De onderzoekers gaan de methode ook testen in hoogspanningskabels voor gelijkstroom, aangezien gelijkstroom efficiënter is dan wisselstroom voor krachtoverbrenging over zeer lange afstanden.