Евтината добавка превръща бетонните плочи в супер бързо хранилище на енергия

Сподели

Изследователи от Масачузетския технологичен институт са открили, че когато смесите цимент и сажди с вода, полученият бетон се сглобява в енергосъхраняващ суперкондензатор, който може да отдели достатъчно енергия за захранване на дом или бързо зареждане на електрически автомобили.

Писали сме и преди за идеята за използване на бетон за съхранение на енергия – през 2021 г. екип от Технологичния университет Чалмърс показа как полезни количества електрическа енергия могат да се съхраняват в бетон, излят около мрежести електроди от въглеродни влакна, със смесени въглеродни влакна за добавяне на проводимост.

Откритието на MIT изглежда извежда нещата на следващото ниво, тъй като премахва необходимостта от полагане на мрежести електроди в бетона и вместо това позволява на саждите да образуват свои собствени свързани електродни структури като част от процеса на втвърдяване.

Този процес се възползва от начина, по който водата и циментът реагират заедно; водата образува разклонена мрежа от канали в бетона, когато той започне да се втвърдява, а саждите естествено мигрират в тези канали. Тези канали показват структура, подобна на фрактал, по-големите клони се разделят на по-малки и по-малки – и това създава въглеродни електроди с изключително голяма повърхност, преминаващи през целия бетон.

Два от тези клонове, разделени от изолационен слой или тънко пространство, работят щастливо като плочите на суперкондензатор, след като цялото нещо се къпе в стандартен електролит, като калиев хлорид.

Суперкондензаторите, разбира се, могат да се зареждат и разреждат почти веднага, така че плътността на мощността и мощността обикновено са много по-високи, отколкото бихте получили със стандартна литиева батерия.

Енергийната плътност е по-ниска и има компромис, който трябва да се направи между това колко енергия се съхранява обемно и колко здрав трябва да бъде вашият бетон, тъй като добавянето на повече сажди едновременно повишава съхранението на енергия и отслабва крайния бетон.

Но страхотното тук е, че това устройство за съхранение на енергия не е нужно да е малко; бетонът има тенденция да се използва в насипно състояние. Среден американец 2000 кв. фута (185,8 м2) дом, построен върху сравнително стандартна бетонна плоча с дебелина пет инча (13 cm), използва около 31 кубични ярда (~24 m3) от бетон. Добавете още, ако имате алея или бетониран гараж, и отново значително повече, ако къщата е построена с бетонни стени или колони.

Екипът на MIT казва, че 1589 кубични фута (45 м3) блок от бетон с добавка на нанокарбон ще съхранява около 10 kWh електричество – достатъчно, за да покрие около една трета от потреблението на енергия на средностатистическия американски дом или да намали сметката ви за енергия от мрежата близо до нула във връзка със слънчева инсталация с приличен размер масив на покрива. Нещо повече, това би добавило малко или никакви разходи.

Екипът е тествал тези бетонни суперкапаци в малък мащаб, изрязвайки двойки електроди, за да създаде малки 1-волтови суперкондензатори с размерите на клетъчни батерии с бутони и използва три от тях, за да освети 3-волтов светодиод. Сега работи върху блокове с размерите на автомобилни батерии и се насочва към версия от 1589 кубични фута, 10 kWh за по-мащабна демонстрация.

В малки лабораторни тестове екипът на MIT изряза двойки електродни дискове и използва тези суперкондензатори за захранване на 3-волтов светодиод (LED)

MIT

Това е супер мащабируема технология, според професора от MIT Франц-Йозеф Улм, съавтор на ново проучване, публикувано вчера в списанието PNAS.

„Можете да преминете от електроди с дебелина 1 милиметър до електроди с дебелина 1 метър и по този начин можете да мащабирате капацитета за съхранение на енергия от запалване на светодиод за няколко секунди до захранване на цяла къща“, казва Улм в съобщение за пресата.

Погледнато отвъд дома, бетонът е абсолютно навсякъде, от сградите през земните покрития до пътната мрежа. Екипът казва, че този енергосъхраняващ бетон може да бъде съчетан с крайпътни слънчеви панели и индуктивни зареждащи намотки, за да се създадат супер бързи пътища за безжично зареждане на EV, благодарение на способността на суперкондензаторите да изпомпват насипен сок при поискване.

Предполага се също така, че има много бетон, използван в основите на големи мрежови съоръжения за съхранение на енергия, което повдига интересната възможност гигантски бетонен суперкондензатор да се съчетае добре с по-бавно движеща се химическа батерия, което му дава способността да доставя удари на енергия бързо към мрежата, както и по-дълготрайни вноски при по-ниска мощност.

От друга страна, не е ясно дали този вид бетон би бил подходящ за употреба на открито, където ще се намокри. Също така не е ясно дали тези бетонни суперкондензатори могат практически да се излеят на място, за да се сглобят на място. Или наистина дали всяка електродна двойка трябва да бъде запечатана, или наистина точно къде и как бихте свързали тези бетонни блокове, за да захранвате къщата си, или наистина дали бетонни суперкондензатори като този биха били безопасни за докосване.

Със сигурност обаче това е завладяващ проект и ще ни е интересно да научим как се развива.

Изследването е със свободен достъп в списанието PNAS.

източник: Новини от MIT



Публикациите се превеждат автоматично с google translate

Loading


Сподели