Τα διαμερίσματα θα μπορούσαν να είναι οι γιγάντιες μπαταρίες του μέλλοντος

(Νταν Τρι) - Η πόλη του αύριο θα μπορούσε να κατασκευαστεί από «αναπνέοντα» και «ευαίσθητα» τσιμεντόλιθους, όπου το ίδιο το κτίριο θα γίνει μέρος του παγκόσμιου δικτύου πράσινης ενέργειας.

Το σκυρόδεμα είναι ένα από τα σύμβολα της βιομηχανικής εποχής. Τώρα, το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) το «επαναπροσδιορίζει» σε μια νέα πηγή ενέργειας.

^1m3 σκυροδέματος μπορεί να αποθηκεύσει 2kWh ηλεκτρικής ενέργειας, ποσότητα αρκετή για να λειτουργήσει ένα ψυγείο για 24 ώρες. Αυτό το επίτευγμα ανοίγει την προοπτική για μελλοντικά κτίρια που θα μπορούν να παράγουν, να αποθηκεύουν και να παρέχουν τη δική τους ηλεκτρική ενέργεια.

Από δομικά υλικά έως συσκευές αποθήκευσης ενέργειας

Το σκυρόδεμα είναι ένα υλικό που συνδέεται με όλες τις κατασκευές, από σπίτια, γέφυρες μέχρι πολυώροφα κτίρια.

Η ομάδα του MIT το μετατρέπει σε «ενεργειακή συσκευή». Το νέο σκυρόδεμα, που ονομάζεται ec3, σημαίνει electron-conducting carbon concrete (σκυρόδεμα άνθρακα που αγώγιμα ηλεκτρόνια) και είναι κατασκευασμένο από τσιμέντο, νερό και αιθάλη, ένα υλικό που είναι εξαιρετικά αγώγιμο.

Σε αντίθεση με το συμβατικό σκυρόδεμα, το ec3 μπορεί να λειτουργήσει ως υπερπυκνωτής. Μόλις αναμειχθεί, διαμορφωθεί και σκληρυνθεί, το μπλοκ σκυροδέματος βυθίζεται σε ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη που επιτρέπει στα φορτισμένα ιόντα να διαπεράσουν το δίκτυο άνθρακα.

Ο νέος τύπος σκυροδέματος ονομάζεται ec3, που σημαίνει ηλεκτρονιοαγωγός ανθρακούχο σκυρόδεμα (Φωτογραφία: MIT).

Δύο ηλεκτρόδια ec3 που χωρίζονται από ένα λεπτό μονωτικό στρώμα θα δημιουργήσουν μια δομή ικανή να αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια.

Μετά από δύο χρόνια βελτιστοποίησης, η ερευνητική ομάδα αύξησε την χωρητικότητα αποθήκευσης του ec3 σχεδόν 10 φορές σε σύγκριση με την πρώτη έκδοση που ανακοινώθηκε το 2023. ^1m3 του υλικού μπορεί πλέον να αποθηκεύσει περισσότερες από 2kWh, αρκετή για να λειτουργήσει ένα ψυγείο για μια ολόκληρη ημέρα.

Αποκωδικοποίηση της βασικής νανοδομής για την αύξηση της χωρητικότητας αποθήκευσης

Για να επιτύχουν αυτό το αποτέλεσμα, επιστήμονες στο MIT χρησιμοποίησαν μια τεχνική μικροσκοπίας που ονομάζεται τομογραφία FIB SEM, η οποία επιτρέπει την παρατήρηση δικτύων νανοάνθρακα μέσα σε σκυρόδεμα σε εξαιρετικά υψηλή τρισδιάστατη ανάλυση.

Αυτό τους έδωσε μια καλύτερη κατανόηση του πώς τα σωματίδια αιθάλης συνδέονται με το τσιμέντο και σχηματίζουν ένα αγώγιμο σύστημα. Όταν ραφινάρονται σε νανοκλίμακα, η επιφάνεια αυξάνεται, επιτρέποντας στο υλικό να συγκρατεί περισσότερο φορτίο.

Η ομάδα δοκίμασε επίσης διαφορετικά διαλύματα ηλεκτρολυτών. Ο συνδυασμός ενός τεταρτοταγούς αμμωνιακού άλατος και του αγώγιμου διαλύτη ακετονιτριλίου δημιούργησε ένα σταθερό ηλεκτροχημικό περιβάλλον, με αποτέλεσμα μια σημαντική αύξηση στην ενεργειακή πυκνότητα.

Προστίθενται παχύτερα ηλεκτρόδια για την επέκταση της χωρητικότητας αποθήκευσης χωρίς μετεπεξεργασία.

Εκτιμάται ότι η ενεργειακή πυκνότητα του ec3 είναι σήμερα περίπου 200Wh/ ^m3 , πολύ υψηλότερη από αυτή των συμβατικών δομικών υλικών. Με αυτήν την απόδοση, λίγα μόνο τετράγωνα τοίχοι ec3 σε ένα διαμέρισμα είναι αρκετά για να αποθηκεύσουν ηλεκτρική ενέργεια για βραχυπρόθεσμη διαβίωση.

Όταν το σκυρόδεμα μπορεί να αισθανθεί και να αντιδράσει

Εκτός από την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας, το ec3 μπορεί επίσης να «ανιχνεύει» και να αντιδρά στο περιβάλλον. Σε ένα πείραμα, οι επιστήμονες κατασκεύασαν ένα μικρό μοντέλο θόλου με ec3, αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για να ανάψει ένα LED 9V.

Όχι μόνο αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια, αλλά μπορεί επίσης να «ανιχνεύει» και να αντιδρά στο περιβάλλον (Φωτογραφία: MIT).

Όταν εφάρμοζαν ένα φορτίο, η φωτεινή απόδοση ποικίλλει ανάλογα με την εφαρμοζόμενη δύναμη, υποδεικνύοντας ότι η τάση κυμαίνεται ανάλογα.

Ο Δρ. Αντμίρ Μάσιτς, συν-διευθυντής του ερευνητικού κέντρου ec3, δήλωσε ότι εάν ένας θόλος ec3 πλήρους κλίμακας πληγεί από ισχυρούς ανέμους ή ασυνήθιστα φορτία, η ισχύς εξόδου του θα παρουσιάζει διακυμάνσεις. Αυτό το σήμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της υγείας της κατασκευής σε πραγματικό χρόνο.

Αυτή η τεχνολογία ανοίγει την προοπτική κτιρίων που θα μπορούν να προειδοποιούνται όταν ραγίζουν, δονούνται ή υπερφορτώνονται. Κάθε κατασκευή δεν θα είναι απλώς ένα στατικό μπλοκ από σκυρόδεμα, αλλά ένα «έξυπνο» σύστημα υλικών που θα μπορεί να αντιδρά στο περιβάλλον.

Βήματα προς τα εμπρός για καθαρή ενέργεια και βιώσιμες υποδομές

Η άφιξη του ec3 έρχεται σε μια εποχή που ο κόσμος έχει άμεση ανάγκη από λύσεις αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι εξαιρετικά αποδοτικές, αλλά είναι ακριβές, δύσκολο να ανακυκλωθούν και βασίζονται σε σπάνια μέταλλα.

Εν τω μεταξύ, το σκυρόδεμα είναι φθηνό, ανθεκτικό, ευρέως διαθέσιμο και μπορεί να παραχθεί μαζικά χωρίς να προκαλέσει σημαντικές επιπτώσεις στο περιβάλλον.

Το MIT ελπίζει ότι το ec3 θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε θεμέλια σπιτιών, τοίχους, πεζοδρόμια ή οδοστρώματα για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας από ηλιακούς συλλέκτες και ανεμογεννήτριες.

Όταν υπάρχει περίσσεια ενέργειας, το σύστημα την αποθηκεύει και την απελευθερώνει όταν η ζήτηση είναι υψηλή. Στην Ιαπωνία, η τεχνολογία έχει δοκιμαστεί για τη θέρμανση πεζοδρομίων στο Σαπόρο, ώστε να βοηθήσει στην τήξη των χειμερινών πάγων.

Εάν εμπορευματοποιηθεί, το ec3 θα μπορούσε να μετατρέψει ολόκληρη την αστική υποδομή σε ένα κατανεμημένο δίκτυο μπαταριών, συμβάλλοντας στη σταθεροποίηση του εθνικού δικτύου και στη μείωση της εξάρτησης από την ενέργεια από ορυκτά καύσιμα.

Το MIT παραδέχεται ότι το ec3 εξακολουθεί να μην είναι εφάμιλλο των εμπορικών μπαταριών όσον αφορά την ενεργειακή πυκνότητα, αλλά ανοίγει την πόρτα σε ένα μέλλον όπου το σκυρόδεμα δεν θα είναι απλώς ένα φέρον υλικό αλλά και μέρος του ενεργειακού συστήματος.

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