La base des nouveaux matériaux est le polyéthylène, qui est déjà utilisé comme matériau isolant dans les câbles HVDC existants. Maintenant, en ayant de très petites quantités – 5 parties pour chaque million – du polymère conjugué appelé poly(3-hexylthiophène), les experts ont pu réduire la conductivité électrique particulière jusqu’à trois fois. Pointage de crédit : Yen Strandqvist/Chalmers College of Technology
Les fils à courant continu haute tension qui peuvent transporter efficacement l’électricité sur de longues distances jouent un rôle énorme dans notre approvisionnement en électricité. Optimiser leur efficacité est donc un enjeu de taille. Avec cet objectif à l’esprit, les scientifiques à travers Université Chalmers des technologies , Suède, il existe de nouveaux matériaux d’isolation jusqu’à trois fois moins conducteurs, offrant des améliorations substantielles des attributs et des performances associés à de tels câbles.
Si nous voulons généralement passer à un monde alimenté simplement par des énergies renouvelables, un transport long et efficace de l’énergie électrique est essentiel, car l’approvisionnement – les sources d’énergie renouvelables comme les parcs éoliens et solaires, ainsi que les barrages hydroélectriques – est souvent situé loin de la métropole. zones, où la plupart des besoins existent. Les câbles à haute tension à courant immédiat, ou même les câbles HVDC, seraient le moyen le plus efficace de déplacer l’électricité sur de longues distances. Les fils HVDC avec un niveau d’isolation peuvent être enterrés sous terre ou posés dans le fond marin, permettant une expansion significative des systèmes, et de nombreux projets sont en cours pour connecter diverses régions du monde. Dans les pays européens, par exemple, le projet NordLink reliera le sud de la Norvège et l’Allemagne, et les projets de câbles HVDC constituent une partie importante du transition énergétique , l’intention globale de l’Allemagne de passer à un approvisionnement énergétique plus écologique.
« Pour que nous puissions tous faire face à la demande mondiale croissante en électricité, des câbles HVDC efficaces et sûrs sont un élément essentiel. L’approvisionnement en énergie alternative peut fluctuer, par conséquent, être capable de transporter de l’énergie électrique à travers des systèmes longue distance est une nécessité conçue pour assurer une distribution stable et fiable », explique Christian Müller, responsable de l’étude et professeur au Département de biochimie et de chimie. au Chalmers College of Technology.
« Notre espoir est que cette étude particulière puisse vraiment ouvrir un nouveau domaine associé à la recherche, inspirant des chercheurs supplémentaires à se pencher sur la conception et la personnalisation de plastiques dotés de propriétés électriques innovantes destinés aux applications de transport et de stockage d’énergie », déclare Christian Müller. Crédit : Anna-Lena Lundqvist/Université des technologies de Chalmers
Tout au long du transport, il faut laisser tomber le moins d’énergie possible. Une façon de réduire les pertes de transmission telles que celle-ci consiste généralement à augmenter le niveau de volts de courant continu particulier.
“Cependant, une augmentation de la tension transversale a un impact négatif sur l’isolation du câble HVDC”, explique Xiangdong Xu, spécialiste de la recherche au département de génie électrique de l’Université des technologies de Chalmers.
« Les contraintes de production plus élevées de l’industrie électrique pourraient être gérées si la conductivité électrique des matériaux d’isolation était réduite de manière adéquate. ”
Les chercheurs particuliers existent maintenant une nouvelle méthode pour réduire la conductivité du matériau isolant.
Un matériau qui offre aux câbles une conductivité 3 fois inférieure
La base du tout nouveau matériau est le polyéthylène, qui est déjà utilisé pour l’isolation des câbles HVDC actuels. À l’heure actuelle, en ajoutant de très petites quantités – 5 composants par million – du polymère conjugué lié connu sous le nom poly(3-hexylthiophène) , les chercheurs particuliers ont pu réduire la conductivité électrique jusqu’à 3 fois.
« Une façon d’aider au transport efficace de l’électricité est certainement une augmentation du degré de tension du courant immédiat. Cependant, une augmentation de la tension de transmission affecte négativement le matériau isolant. Les contraintes de production plus élevées de l’industrie électrique pourraient être traitées si la conductivité électrique des matériaux d’isolation était suffisamment réduite », explique Xiangdong Xu, spécialiste de la recherche au département de génie électrique de l’Université des technologies de Chalmers. Crédit : Chalmers College of Technology
Le composant, également connu sous le nom de P3HT, est vraiment un matériau largement étudié et, compte tenu des petites quantités nécessaires, ouvre de nouvelles options pour les fabricants. Certaines autres substances possibles qui ont été précédemment utilisées pour réduire la conductivité sont généralement des nanoparticules de divers oxydes métalliques et autres polyoléfines, mais celles-ci nécessitent des quantités considérablement plus élevées.
« Dans la technologie des matériaux, nous nous efforçons d’utiliser des additifs en quantités aussi faibles que possible, pour pouvoir augmenter le potentiel de leur utilisation dans les entreprises et pour un meilleur recyclage lorsque cela est possible. Le fait qu’une très petite quantité de cet additif particulier soit nécessaire pour obtenir l’effet est un énorme avantage », déclare Christian Müller.
Une découverte qui pourrait déboucher sur un nouveau champ d’étude
Les polymères conjugués, tels que le P3HT, ont été utilisés dans le passé pour concevoir des composants électroniques flexibles et imprimés. Néanmoins, c’est la première fois qu’ils sont utilisés et examinés comme additif pour modifier les propriétés du plastique de base. Les chercheurs en particulier pensent donc que leur découverte peut déboucher sur de nombreux nouveaux programmes et directions conçus pour la recherche.
« Notre espoir est que cette étude particulière puisse vraiment ouvrir un nouveau domaine associé à la recherche, inspirant divers autres chercheurs à se pencher directement sur la conception et la personnalisation de plastiques dotés de propriétés électriques supérieures en ce qui concerne les applications de transport et de stockage d’énergie », déclare Christian Müller.
Référence : « Repurposing Poly (3-hexylthiophene) as a Conductivity-Reducing Additive for Polyethylene-Based High-Voltage Insulation” simplement par Amir Masoud Pourrahimi, Sarath Kumara, Fabrizio Palmieri, Liyang Yu, Anja Lund, Jones Hammarström, Per-Ola Hagstrand , Ivan G. Scheblykin, Davide Fabiani, Xiangdong Xu et Alfredia Müller, 28 mai 2021, Matériaux avancés .
DOI : 10. 1002/adma. 202100714
L’étude d’investigation fait partie d’un projet financé par la Fondation suédoise destiné à la recherche stratégique. Elle avait été dirigée par Alfredia Müller et son groupe d’analyse à Chalmers et a été réalisée en collaboration avec des collègues actifs à la fois en Suède et dans le monde. Il a été récemment documenté dans le journal scientifique Advanced Materials.
Le contenu scientifique Réutilisation du poly (3-hexylthiophène) comme additif réducteur de conductivité conçu pour les matériaux isolants haute tension à base de polyéthylène continue d’être publié dans le journal Matériaux innovants et est écrit par Amir Masoud Pourrahimi, Sarath Kumara, Fabrizio Palmieri, Liyang Yu, Anja Lund, Thomas Hammarström, Per-Ola Hagstrand, Ivan G. Scheblykin, Davide Fabiani, Xiangdong Xu et Christian Müller. Les chercheurs sont généralement actifs à l’Université de technologies Chalmers, à l’Université de Bologne, à l’Université de Lund et à Borealis AB.
