Nytt isoleringsmaterial kan ge effektivare eldistribution
Effektivaste sättet att transportera el långa sträckor är att använda högspända likströmskablar. För att förbättra kablarna ytligare behövs isoleringsmaterial med extra låg elektrisk ledningsförmågan. Det är något som Christian Müller och hans forskargrupp på Chalmers Tekniska Högskola nu har kommit ett steg närmare att förverkliga, i ett projekt finansierat av Stiftelsen för Strategisk Forskning.
Det finns många fördelar med likströmskablar. I en likströmskabel kan elen gå i båda riktningarna, ett perfekt sätt att länka samman elnät som annars är skilda åt. Kablarna kan också grävas ner och till och med läggas på havsbotten, vilket möjliggör att man kan bygga ut nätet och koppla ihop olika delar av världen.
Men även om dagens likströmskablar är bra, kan de bli ännu bättre. För att få så små förluster som möjligt i kablarna vill man öka överföringsspänningen. Men det ställer stora krav på isoleringsmaterialet runt ledningen. Dagens mest avancerade elkablar använder strängsprutad (extruderad) isolering baserad på polyeten, en plast liknande den som finns i vanliga plastpåsar. Problemet med materialet är att det är värmekänsligt. Vid de höga arbetstemperaturer som uppstår på 70 till 90 grader, blir materialet mjukt. De här försöker man lösa genom att skapa kovalenta tvärbindningar mellan polymerkedjorna, men då uppstår ett nytt problem. Vid produktionen bildas hälsoskadliga biprodukter, som dessutom försämrar de elektriska egenskaperna i materialet.
Christian Müller och hans forskargrupp har hittat ett nytt sätt att förbättra de elektriska egenskaperna av isoleringsmaterialet. Genom att till polyeten tillsätta mycket små mängder av den konjugerade polymeren poly(3-hexyltiofen) (P3HT) kan man drastiskt minska isoleringsmaterialets elektriska ledningsförmåga. Vid tillsatts av endast 5 ppm P3HT blev likströmskonduktiviteten i materialet tre gånger mindre jämfört med polyeten utan tillsatsen – vilket är, om man tar hänsyn till den lilla mängden av tillsatsen som krävs, det bästa resultatet för någon ledningsreducerande tillsats hittills. Andra möjliga ämnen som kan minska konduktiviteten är nanopartiklar av metalloxid och andra polyolefiner, men där behöver man tillsätta betydligt mer material.
Konjugerade polymerer, som till exempel P3HT, har tidigare använts för att konstruera böjbar och tryckt elektronik. Det här är första gången de används som tillsatts till andra polymerer för att ändra dess egenskaper och forskarna tror att upptäckten kommer att öppna upp för en mängd nya applikationer.