Wohnungen könnten die riesigen Batterien der Zukunft sein

(Dan Tri) – Die Stadt von morgen könnte aus „atmenden“ und „reaktiven“ Betonblöcken gebaut werden, wobei das Gebäude selbst Teil des globalen grünen Energienetzes wird.

Beton ist eines der Symbole des Industriezeitalters. Nun wird er vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) zu einer neuen Energiequelle „neu definiert“.

^{1 m3} Beton kann 2 kWh Strom speichern – genug, um einen Kühlschrank 24 Stunden lang zu betreiben. Diese Errungenschaft eröffnet die Aussicht auf zukünftige Gebäude, die ihren eigenen Strom produzieren, speichern und liefern können.

Vom Baumaterial zum Energiespeicher

Beton ist ein Material, das mit allen Konstruktionen in Verbindung gebracht wird, von Häusern über Brücken bis hin zu Hochhäusern.

Das MIT-Team macht daraus ein „Energiegerät“. Der neue Beton mit der Bezeichnung EC3 (elektronenleitender Kohlenstoffbeton) besteht aus Zement, Wasser und Ruß, einem Material mit hoher Leitfähigkeit.

Im Gegensatz zu herkömmlichem Beton kann EC3 als Superkondensator fungieren. Nach dem Mischen, Formen und Aushärten wird der Betonblock in eine Elektrolytlösung getaucht, die es geladenen Ionen ermöglicht, das Kohlenstoffnetzwerk zu durchdringen.

Der neue Betontyp trägt den Namen ec3, was für „elektronenleitender Kohlenstoffbeton“ steht (Foto: MIT).

Zwei durch eine dünne Isolierschicht getrennte EC3-Elektroden bilden eine Struktur, die Elektrizität speichern kann.

Nach zwei Jahren Optimierung hat das Forschungsteam die Speicherkapazität von EC3 im Vergleich zur ersten, für 2023 angekündigten Version um fast das Zehnfache erhöht. ^{1 m3} des Materials kann nun mehr als 2 kWh speichern, genug, um einen Kühlschrank einen ganzen Tag lang zu betreiben.

Entschlüsselung der entscheidenden Nanostruktur zur Erhöhung der Speicherkapazität

Um dieses Ergebnis zu erzielen, verwendeten Wissenschaftler am MIT eine Mikroskopietechnik namens FIB SEM-Tomographie, die die Beobachtung von Nanokohlenstoffnetzwerken im Beton mit extrem hoher dreidimensionaler Auflösung ermöglicht.

Dadurch erhielten sie ein besseres Verständnis dafür, wie sich Rußpartikel mit Zement verbinden und ein leitfähiges System bilden. Bei der Verfeinerung im Nanomaßstab vergrößert sich die Oberfläche, wodurch das Material mehr Ladung speichern kann.

Das Team testete zudem verschiedene Elektrolytlösungen. Die Kombination eines quartären Ammoniumsalzes und des leitfähigen Lösungsmittels Acetonitril erzeugte eine stabile elektrochemische Umgebung, was zu einer deutlichen Erhöhung der Energiedichte führte.

Durch das Hinzufügen dickerer Elektroden kann die Speicherkapazität ohne Nachbearbeitung erweitert werden.

Schätzungen zufolge liegt die Energiedichte von EC3 derzeit bei etwa 200 Wh/ ^m³ und ist damit deutlich höher als bei herkömmlichen Baumaterialien. Bei dieser Effizienz reichen bereits wenige EC3-Wände in einer Wohnung aus, um Strom für den kurzfristigen Bedarf zu speichern.

Wenn Beton fühlen und reagieren kann

EC3 speichert nicht nur Elektrizität, sondern kann auch die Umgebung „erfassen“ und darauf reagieren. In einem Experiment bauten Wissenschaftler ein kleines Kuppelmodell mit EC3, das genug Elektrizität lieferte, um eine 9-V-LED zum Leuchten zu bringen.

EC3 speichert nicht nur Strom, sondern kann auch die Umgebung „erfassen“ und darauf reagieren (Foto: MIT).

Als sie eine Last anwendeten, variierte die Lichtleistung mit der ausgeübten Kraft, was darauf hindeutet, dass die Spannung entsprechend schwankte.

Dr. Admir Masic, Co-Direktor des EC3-Forschungszentrums, erklärte, dass die Leistungsabgabe einer EC3-Kuppel in Originalgröße schwankt, wenn sie starken Winden oder ungewöhnlichen Belastungen ausgesetzt ist. Dieses Signal kann genutzt werden, um den Zustand der Struktur in Echtzeit zu überwachen.

Diese Technologie eröffnet die Aussicht auf Gebäude, die sich selbst warnen können, wenn sie Risse bekommen, vibrieren oder überlastet sind. Jede Struktur wird nicht nur ein statischer Betonblock sein, sondern ein „intelligentes“ Materialsystem, das auf die Umgebung reagieren kann.

Fortschritte für saubere Energie und nachhaltige Infrastruktur

Die Einführung des EC3 erfolgt zu einem Zeitpunkt, an dem weltweit dringend Speicherlösungen für erneuerbare Energien benötigt werden. Lithium-Ionen-Batterien sind zwar hocheffizient, aber teuer, schwer zu recyceln und basieren auf seltenen Metallen.

Beton ist inzwischen billig, haltbar, überall verfügbar und kann in Massenproduktion hergestellt werden, ohne dass dies größere Auswirkungen auf die Umwelt hat.

Das MIT hofft, dass EC3 in Hausfundamente, Wände, Gehwege oder Straßenbetten integriert werden könnte, um Strom aus Solarmodulen und Windturbinen zu speichern.

Wenn Energie im Überschuss vorhanden ist, speichert das System diese und gibt sie bei hohem Bedarf wieder ab. In Japan wurde die Technologie getestet, um Gehwege in Sapporo zu beheizen und so das Eis im Winter zum Schmelzen zu bringen.

Bei einer Kommerzialisierung könnte EC3 die gesamte städtische Infrastruktur in ein verteiltes Batterienetzwerk verwandeln und so zur Stabilisierung des nationalen Stromnetzes beitragen und die Abhängigkeit von fossiler Energie verringern.

Das MIT räumt zwar ein, dass EC3 hinsichtlich der Energiedichte noch nicht mit kommerziellen Batterien mithalten kann, es öffnet jedoch die Tür zu einer Zukunft, in der Beton nicht nur ein tragendes Material, sondern auch Teil des Energiesystems ist.

Quelle: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/chung-cu-co-the-la-khoi-pin-khong-lo-trong-tuong-lai-20251014080130790.htm