Grafen säkring

Vänster: En vanlig lågspänningssäkring. Höger: En sfärisk kopparpartikel täckt med ett tunt lager av grafen.

Grafen möjliggör ett mer robust elsystem

​Den ökande användningen av förnybara energikällor i Europa kräver smarta elnät, som på ett säkert sätt kan distribuera och lagra energi utifrån efterfrågan och produktion. Säkringar är säkerhetskritiska komponenter i elnätet, och dessa är förknippade med mycket höga och återkommande underhållskostnader. Genom att använda grafen i säkringarna så blir systemet mer robust och minskar kostnaderna för underhåll drastiskt.
Lågspänningssäkringar, vanliga i hushåll och inom industrin, behöver en typ av smörjmedel för att fungera korrekt vilket appliceras på alla säkringar under tillverkningen. Problemet är att efter en tid stelnar och torkar smörjmedlet och detta behöver då åtgärdas vilket är mycket resurskrävande. Smörjmedlet är dessutom temperaturkänsligt och fungerar bara optimalt inom ett visst spann. Om inte problemet åtgärdas så kommer till slut metall att nöta mot metall vilket innebär en stor säkerhetsrisk. Servicetekniker uppger att brist på tillräcklig smörjning är ett av de största problemen inom elnätet. För att undvika dessa utnötningar så utför man idag kontinuerlig service till mycket höga kostnader.

Självsmörjande egenskaper möjliggör underhållsfri drift

Grafen är ett material med självsmörjande egenskaper. Det svenska företaget ABB, partner i forskningsprogrammet Grafenflaggskeppet, har nyligen visat att multifunktionella grafen-metallkompositbeläggningar kan förbättra den tribologiska (ytor i glidande kontakt) prestandan för metallkontakter. ABB kommer därför att leda ett nytt projekt med målet att ta fram grafenbaserade kompositer till säkringar för kommersiellt bruk.
 
Projektet kallas för ”Circuitbreakers” och är ett av elva utvalda så kallade spjutspetsprojekt (Spearhead-projects) som finansieras av Grafenflaggskeppet, Europas största initiativ för grafenforskning, med mer än 150 universitet och företag i 22 länder, och där Chalmers står som koordinator. Spjutspetsprojekten startar i april 2020 och baseras på tidigare vetenskapliga upptäckter. Syftet är att bygga vidare på forskningsresultat och ta fram prototyper som ska kunna tillämpas kommersiellt inom tre år.

Prototyp för användning på industriell skala

Circuitbreakers-projektet kommer att utveckla en fullt funktionell och testad prototyp som ska kunna användas på industriell skala. Denna nya generation av säkringar kommer att ha självsmörjande egenskaper, och dessutom klara av ett större spann av temperaturskiftningar än de existerande säkringar som finns på marknaden idag. Detta möjliggör en underhållsfri drift vilket sparar stora kostnader för företagen, och minskar risken för oönskade strömavbrott i elsystemet på grund av defekta säkringar.

Stor erfaranhet av grafen- och grafenbaserade kompositer

Vincezo Palermo
Professor Vincenzo Palermo och Dr. Jinhua Sun från Institutionen för industri- och materialvetenskap vid Chalmers tekniska högskola, kommer att stödja ABB i spjutspetsprojektet genom att tillhandahålla nya lösningar när det gäller bearbetning av grafen i beläggningar, och i tillverkningen av grafenförbättrade prototyper.



Jinhua SunForskningsgruppen har mer än tio års erfarenhet av grafen- och grafenbaserade kompositer. Deras kunskap om karaktärisering och bearbetning av grafenbaserade material kommer att hjälpa industriella partners i valet av lämpliga grafenråvaror. Vincenzo Palermo och Jinhua Sun kommer också att delta i arbetet med att utveckla nya kemiska procedurer och industriellt lämpade processer för att kunna belägga grafen på fram för allt komponenter i säkringar. Dessutom kommer de avancerade karaktäriseringsteknikerna som finns tillgängliga vid Chalmers materials analyslaboratorium (CMAL) att vara viktiga för att utvärdera det mervärde som grafenet ger säkringarna.

Mer information:

 

Partners

Circuitbreakers Spearhead-projektet är ett tvärvetenskapligt projekt som består av både akademiska och industriella partners. De industriella partnerna är ABB (Sverige), Nanesa (Italien) och Graphmatech AB (Sverige).
 

Finansiering

Flaggskeppet Graphene är ett av de största forskningsprojekten som finansieras av Europeiska kommissionen. Med en budget på 1 miljard euro under tio år representerar den en ny form av gemensam, samordnad forskning och bildar Europas största forskningsinitiativ någonsin. Flaggskeppet har till uppgift att föra samman akademiska och industriella forskare för att ta grafen från akademiska laboratorier till det europeiska samhället och därmed skapa ekonomisk tillväxt, nya jobb och nya möjligheter.
Chalmers tekniska högskola kommer som huvudpartner att få 481 000 euro för att arbeta i Circuitbreakers Spearhead-projektet, som formellt börjar från april 2020 och pågår över en period om totalt tre år.

Publicerad: må 29 jun 2020.