Исследователи говорят, что ваш следующий дом может быть построен на бетонном фундаменте из суперконденсаторов

Jul 09, 2023

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) и Гарвардского университета придумали новый подход к хранению возобновляемой энергии: превратить цемент и углерод в суперконденсаторы вместо экологически проблемных литий-ионных и литий-полимерных батарей.

«Использованный материал потрясающий», — говорит соавтор проекта команды Адмир Масич, профессор Массачусетского технологического института, — «потому что у вас есть наиболее часто используемый искусственный материал в мире — цемент, который сочетается с углеродом». черный, это известный исторический материал — им были написаны свитки Мертвого моря. У вас есть эти материалы, которым как минимум двухтысячелетия, и когда вы объединяете их определенным образом, вы получаете проводящий нанокомпозит, и это когда все становится по-настоящему интересно».

Под «интересным» Масик подразумевает «функциональный»: то, что команда создала с помощью комбинации цемента, технического углерода и воды, представляет собой материал, который действует как суперконденсатор для хранения электрической энергии. Производимый в больших масштабах и с низкой стоимостью, этот материал может заменить обычный бетон в ряде строительных проектов — например, его можно использовать для фундамента дома, а также обеспечить достаточный запас энергии для использования энергии в течение всего дня, согласно оценки команды.

Цементные суперконденсаторы на удивление просты в изготовлении: смесь цемента, воды и до 10 процентов технического углерода смешивается и отверждается, образуя сеть проводящего материала внутри твердого блока. Замачивание его в хлориде калия дает электролит, необходимый для превращения блока в электрод; два таких электрода, разделенные воздухом или другим изолятором, образуют рабочий суперконденсатор.

«Вы можете перейти от электродов толщиной 1 миллиметр к электродам толщиной 1 метр, — отмечает соавтор Франц-Йозеф Ульм, профессор Массачусетского технологического института, — и, по сути, вы можете масштабировать емкость накопления энергии от освещения Светодиод на несколько секунд обеспечит питанием весь дом».

В ходе испытаний команде удалось изготовить компактные цементные суперконденсаторы диаметром 1 см и толщиной 1 мм (около 0,4 дюйма и 0,04 дюйма соответственно), которые можно было заряжать до 1 В и последовательно использовать для управления светодиодом 3 В. Следующий шаг: масштабирование технологии до размеров автомобильного аккумулятора, а затем до домашнего варианта объемом 45 кубических метров (около 45 кубических ярдов), который сможет хранить 10 киловатт-часов (кВтч) энергии.

Команда также предложила использовать бетон для строительства дорог, накапливая энергию от придорожных солнечных батарей и излучая ее через беспроводные энергосистемы для автоматической зарядки электромобилей во время движения. Материал даже можно использовать для обогрева: подача электричества на углеродобетонную смесь нагревает ее.

Работа группы была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) на условиях открытого доступа; График коммерциализации не предоставлен.