Дослідники Массачусетського технологічного інституту розробили нову систему зберігання енергії на основі бетону, що проводить електрику. Такий матеріал створюють шляхом з’єднання цементу, води, ультратонкої сажі з наночастинками та електролітів. Стіни, тротуари та мости, побудовані з нього, можуть слугувати гігантськими батареями. У статті для видання PNAS вчені розповіли, як змогли значно поліпшити технологію.
Як вдалося підвищити енергоємність?
Вони створили нові енергоконденсатори, які збільшили енергоємність електропровідного вуглецевого бетону за допомогою оптимізованих електролітів і поліпшених енергоконденсаторів. Водночас команда оптимізувала спосіб додавання електроліту в суміш. Замість того, щоб вулканізувати електроди бетону і потім замочувати їх в електроліті, вони додавали електроліт безпосередньо у воду для замішування. Це дало змогу відливати товстіші електроди, які накопичували більше енергії.
Яка кількість бетону потрібна для зберігання енергії?
У 2023 році для зберігання енергії, достатньої для задоволення потреб середньостатистичного будинку за добу, знадобилося б близько 45 кубічних метрів електропровідного бетону, що приблизно відповідає кількості звичайного бетону, який використовується для будівництва підвалу. Але тепер із поліпшеним електролітом те саме завдання можна вирішити, використовуючи близько 5 кубічних метрів, тобто однієї стіни.
Вчені підвищили щільність енергії, краще розібравшись, як мережа з наночастинок вуглецевої сажі взаємодіє з електролітами всередині бетону. За допомогою електронного мікроскопа вони змогли реконструювати наномережу з високою роздільною здатністю, недоступною раніше. Команда зрозуміла, як електроліт проникає всередину матеріалу і пропускає струм. Дослідники дійшли висновку, що використовувати можна багато різних типів електролітів, включно зі звичайною морською водою. Це робить бетонні батареї хорошим джерелом енергії в прибережних і морських умовах, наприклад, як опори для вітрових електростанцій.
Однак найкраще показали себе органічні електроліти, такі як амонієві солі. Кубічний метр такого бетону розміром приблизно з холодильник може зберігати понад 2 кіловат-годин енергії. Цього приблизно достатньо, щоб забезпечити роботу справжнього холодильника протягом дня.
Електропровідний бетон можна використовувати у вигляді різних архітектурних елементів — від плит і стін до куполів і склепінь. Вчені побудували невелику арку в римському стилі, яка живила світлодіодний світильник з напругою 9 вольт. З бетонних батарей пропонують будувати парковки і дороги, які могли б заряджати електромобілі, а також будинки з автономним живленням.
Та сама команда представила електропровідний бетон 2024 року, але тоді він утримував мало енергії. Через рік ефективність технології вдалося збільшити в 10 разів. Минулого року компанія Electrified Thermal Solutions представила систему з електропровідних цеглин мегаватного масштабу. Вона має забезпечити будівлі недороге й ефективне опалення.
