Beton je jedním ze symbolů průmyslového věku. Nyní je Massachusettským technologickým institutem (MIT) „předefinován“ v nový zdroj energie.
1 m3 betonu dokáže uložit 2 kWh elektřiny, což stačí k provozu ledničky po dobu 24 hodin. Tento úspěch otevírá vyhlídky na budoucí budovy, které si dokáží vyrábět, ukládat a dodávat vlastní elektřinu.
Od stavebních materiálů po zařízení pro ukládání energie
Beton je materiál, který se používá ve všech stavbách, od domů a mostů až po výškové budovy.
Tým MIT z něj dělá „energetické zařízení“. Nový beton s názvem ec3, což je zkratka pro elektronově vodivý uhlíkový beton, je vyroben z cementu, vody a sazí, což je vysoce vodivý materiál.
Na rozdíl od běžného betonu může ec3 fungovat jako superkondenzátor. Po smíchání, vylisování a vytvrzení se betonový blok ponoří do roztoku elektrolytu, který umožňuje nabitým iontům proniknout uhlíkovou sítí.
Nový typ betonu se nazývá ec3, což je zkratka pro elektronově vodivý uhlíkový beton (Foto: MIT).
Dvě elektrody ec3 oddělené tenkou izolační vrstvou vytvoří strukturu schopnou ukládat elektřinu.
Po dvou letech optimalizace se výzkumnému týmu podařilo zvýšit úložnou kapacitu materiálu ec3 téměř desetkrát ve srovnání s první verzí oznámenou v roce 2023. 1 m3 materiálu nyní dokáže uložit více než 2 kWh, což stačí k celodennímu provozu ledničky.
Dekódování klíčové nanostruktury pro zvýšení úložné kapacity
K dosažení tohoto výsledku vědci z MIT použili mikroskopickou techniku zvanou FIB SEM tomografie, která umožňuje pozorování nanouhlíkových sítí uvnitř betonu s extrémně vysokým trojrozměrným rozlišením.
To jim poskytlo lepší pochopení toho, jak se částice sazí vážou s cementem a tvoří vodivý systém. Při rafinaci v nanoměřítku se povrchová plocha zvětšuje, což umožňuje materiálu udržet více náboje.
Tým také testoval různé elektrolytické roztoky. Kombinace kvartérní amoniové soli a vodivého rozpouštědla acetonitrilu vytvořila stabilní elektrochemické prostředí, což vedlo k významnému zvýšení hustoty energie.
Pro rozšíření úložné kapacity bez nutnosti následného zpracování se přidávají silnější elektrody.
Odhaduje se, že energetická hustota EC3 je v současnosti kolem 200 Wh/ m³ , což je mnohem více než u konvenčních stavebních materiálů. S touto účinností stačí k uložení elektřiny pro krátkodobé bydlení jen několik bloků stěn EC3 v bytě.
Když beton dokáže cítit a reagovat
Kromě ukládání elektřiny dokáže ec3 také „vnímat“ a reagovat na prostředí. V jednom experimentu vědci postavili malý model kupole s ec3, což je dostatek elektřiny k rozsvícení 9V LED.
EC3 nejenže ukládá elektřinu, ale také dokáže „vnímat“ a reagovat na prostředí (Foto: MIT).
Když aplikovali zátěž, světelný výstup se měnil s aplikovanou silou, což naznačuje, že napětí odpovídajícím způsobem kolísalo.
Dr. Admir Masic, spoluředitel výzkumného centra ec3, uvedl, že pokud je kopule ec3 v plné velikosti zasažena silným větrem nebo neobvyklým zatížením, její výkon kolísá. Tento signál lze použít k monitorování stavu konstrukce v reálném čase.
Tato technologie otevírá perspektivu budov, které se dokáží samy varovat při praskání, vibracích nebo přetížení. Každá konstrukce nebude jen statickým betonovým blokem, ale „chytrým“ materiálovým systémem, který dokáže reagovat na prostředí.
Kroky vpřed pro čistou energii a udržitelnou infrastrukturu
Příchod ec3 přichází v době, kdy svět zoufale potřebuje řešení pro ukládání energie z obnovitelných zdrojů. Lithium-iontové baterie jsou vysoce účinné, ale drahé, obtížně recyklovatelné a závislé na vzácných kovech.
Beton je přitom levný, odolný, široce dostupný a lze jej hromadně vyrábět, aniž by měl zásadní dopad na životní prostředí.
MIT doufá, že by ec3 mohl být integrován do základů domů, zdí, chodníků nebo vozovek pro ukládání elektřiny ze solárních panelů a větrných turbín.
Když je energie přebytečná, systém ji ukládá a uvolňuje, když je poptávka vysoká. V Japonsku byla tato technologie testována k vytápění chodníků v Sapporu, aby se pomohlo roztavit zimní led.
Pokud by se ec3 komercializoval, mohl by proměnit celou městskou infrastrukturu v distribuovanou bateriovou síť, což by přispělo ke stabilizaci národní sítě a snížení závislosti na fosilních energiích.
MIT připouští, že ec3 se stále nevyrovná komerčním bateriím, pokud jde o hustotu energie, ale otevírá dveře do budoucnosti, kde beton nebude jen nosným materiálem, ale také součástí energetického systému.
Zdroj: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/chung-cu-co-the-la-khoi-pin-khong-lo-trong-tuong-lai-20251014080130790.htm
Komentář (0)