Низкий

Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что когда вы смешиваете цемент и углеродную сажу с водой, полученный бетон самоорганизуется в суперконденсатор, накапливающий энергию, который может производить достаточно энергии для питания дома или быстрой зарядки электромобилей.

Мы уже писали ранее об идее использования бетона для хранения энергии — еще в 2021 году команда из Технологического университета Чалмерса показала, как полезное количество электрической энергии можно хранить в бетоне, залитом вокруг сетчатых электродов из углеродного волокна с примесью углеродные волокна для повышения проводимости.

Открытие Массачусетского технологического института, похоже, выводит ситуацию на новый уровень, поскольку оно устраняет необходимость укладывать сетчатые электроды в бетон и вместо этого позволяет углеродной саже образовывать свои собственные связанные электродные структуры в рамках процесса отверждения.

В этом процессе используется механизм взаимодействия воды и цемента; вода образует разветвленную сеть каналов в бетоне, когда он начинает затвердевать, и технический углерод естественным образом мигрирует в эти каналы. Эти каналы имеют фрактальную структуру: более крупные ветви разделяются на более мелкие и меньшие, что создает угольные электроды с чрезвычайно большой площадью поверхности, проходящие по всему бетону.

Две из этих ветвей, разделенные изолирующим слоем или тонким пространством, успешно работают как пластины суперконденсатора, когда все это залито стандартным электролитом, например хлоридом калия.

Суперконденсаторы, конечно, могут заряжаться и разряжаться практически мгновенно, поэтому плотность мощности и выходная мощность обычно намного выше, чем у стандартной литиевой батареи.

Плотность энергии ниже, и необходимо найти компромисс между тем, сколько энергии хранится в объеме, и насколько прочным должен быть ваш бетон, поскольку добавление большего количества технического углерода одновременно увеличивает накопление энергии и ослабляет конечный бетон.

Но самое замечательное здесь то, что это устройство хранения энергии не обязательно должно быть маленьким; бетон имеет тенденцию использоваться в больших объемах. Средний американский дом площадью 2000 кв. футов (185,8 м2), построенный на достаточно стандартной бетонной плите толщиной пять дюймов (13 см), использует около 31 кубического ярда (~ 24 м3) бетона. Добавьте больше, если у вас есть подъездная дорога или забетонированный гараж, и еще раз значительно больше, если дом построен с использованием бетонных стен или колонн.

Команда MIT утверждает, что блок из бетона, легированного наноуглеродом, объемом 45 м3, будет хранить около 10 кВтч электроэнергии – этого достаточно, чтобы покрыть около трети энергопотребления среднего американского дома или сократить энергосистему. счета за электроэнергию близки к нулю в сочетании с солнечной батареей приличного размера на крыше. Более того, это почти не добавит никаких затрат.

Команда протестировала эти бетонные суперконденсаторы в небольших масштабах, вырезав пары электродов для создания крошечных 1-вольтовых суперконденсаторов размером с батарейки-таблетки и используя три из них для освещения 3-вольтового светодиода. Сейчас они работают над блоками размером с автомобильные аккумуляторы и планируют создать версию емкостью 1589 куб. футов и мощностью 10 кВтч для более масштабной демонстрации.

По словам профессора Массачусетского технологического института Франца-Йозефа Ульма, соавтора нового исследования, опубликованного вчера в журнале PNAS, это супермасштабируемая технология.

«Вы можете перейти от электродов толщиной 1 миллиметр к электродам толщиной 1 метр, и, по сути, таким образом вы можете масштабировать емкость накопления энергии от освещения светодиода на несколько секунд до питания всего дома», — говорит Ульм в пресс-релиз.

Если заглянуть за пределы дома, то можно увидеть, что бетон присутствует абсолютно везде: от зданий до земляных покрытий и дорожной сети. Команда утверждает, что этот энергосберегающий бетон можно использовать в сочетании с придорожными солнечными панелями и индуктивными зарядными катушками для создания сверхбыстрых беспроводных дорог для зарядки электромобилей благодаря способности суперконденсаторов перекачивать сок по требованию.

Также предположительно много бетона используется в фундаментах крупных сетевых накопителей энергии, что открывает интересную возможность того, что гигантский бетонный суперконденсатор может хорошо сочетаться с более медленно движущейся химической батареей, давая ему возможность производить импульсы энергии. в сеть быстро, а также более длительные вклады при меньшей мощности.