JPhysD编辑优选：环保友好气体HFO-1336mzz(E)在微水存在条件下的分解机理研究
文章介绍
Jie Liu（刘杰）, Feng Wang（汪沨）, Lipeng Zhong（钟理鹏）, Hui Gan（甘辉）, Bin Hai（海彬）, Nian Tang（唐念）, Li Li（李丽） and Yongyan Zhou（周永言）
通讯作者：
- 钟理鹏，湖南大学
研究背景：
中高压设备中广泛应用的六氟化硫（SF6）是一种强温室气体，温室效应指数（Global Warming Potential， GWP）是CO2的23500倍，大气寿命达3200年，已被1997年的《京都议定书》和2016年的《巴黎协定》列为限制排放气体。因此，研发环保型绝缘气体及其装备是构建清洁低碳现代能源体系的要求，也是“碳达峰、碳中和”目标在电力系统设备层面落地的重要举措。
近年，C4F7N、C5F10O、HFO-1336mmz(E)、HFO1234ze等多种气体受到了业界的广泛关注，其中HFO-1336mmz(E)绝缘强度约为SF6的1.59倍，具有环保性能优异（GWP≈18）、不可燃、合成技术成熟、成本低等优点，在10kV-220kV等级高压设备中具有良好的应用前景。相比SF6，环保型气体都较容易分解，因此其分解特性是工业应用前必须关注和研究的问题。
研究内容：
本文采用密度泛函理论研究了HFO-1336mzz(E)的分解过程，并讨论了微水的影响。基于平均电子极化率、偶极矩、分子体积、电离能、电子亲和能等参量建立元线性回归方程，进而对产物的绝缘性能进行了评估。研究结果表明：
1、HFO-1336mzz(E)分解后可能形成超过15种产物，其中CF3CH=C=CF2、CF2CFHC=CF2、C2F6、HF是最主要的组分。C2F4、CF2=CFH、C2H2等可用作诊断HFO-1336mmz(E)设备严重故障的特征组分。
2、微水对部分小分子产物（如CF3H、CF3OH、COF2和HF等）的形成具有一定促进作用。这些小分子产物的绝缘强度较低，且其中一些组分具有较高毒性，因此未来应用过程中有必要严格控制微水的含量。
3、由于主要的大分子分解产物依旧具有较高的绝缘强度，且HFO-1336mzz(E)应用过程中会混合高比例的缓冲气体，因此短期内混合介质的绝缘性能不会因气体分解而显著下降。
图1 HFO-1336mzz(E)分子结构图及其与SF6的性能参数对比
图2 HFO-1336mzz(E)/微水体系的分解路径框架
图 3 微水对COF2产物形成的促进作用（右图考虑了微水的影响）
作者介绍
钟理鹏 副教授
湖南大学
- 钟理鹏（通讯作者），湖南大学电气与信息工程学院副教授， 硕士生导师。主要研究方向包括环保绝缘气体、功能绝缘材料、电力设备服役特性评估等。主持国家自然科学基金、湖南省自然基金、国家重点实验室基金等项目共5项；近5年发表SCI检索论文二十余篇，授权发明专利4项，荣获新疆自治区科技进步一等奖。
期刊介绍
- 2021年影响因子：3.409 Citescore：5.7
- Journal of Physics D: Applied Physics（JPhysD，《物理学报D：应用物理》）发表应用物理各领域的前沿研究和综述，具体包括：应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。