آپارتمان‌ها می‌توانند باتری‌های غول‌پیکر آینده باشند

(دن تری) - شهر فردا می‌تواند از بلوک‌های بتنی «تنفس‌کننده» و «پاسخگو» ساخته شود، جایی که خود ساختمان به بخشی از شبکه جهانی انرژی سبز تبدیل می‌شود.

بتن یکی از نمادهای عصر صنعتی است. اکنون، توسط موسسه فناوری ماساچوست (MIT) به عنوان منبع جدید انرژی «بازتعریف» می‌شود.

^{۱ متر مکعب} بتن می‌تواند ۲ کیلووات ساعت برق ذخیره کند که برای روشن نگه داشتن یک یخچال به مدت ۲۴ ساعت کافی است. این دستاورد، چشم‌انداز ساختمان‌های آینده‌ای را که می‌توانند برق خود را تولید، ذخیره و تأمین کنند، باز می‌کند.

از مصالح ساختمانی گرفته تا دستگاه‌های ذخیره انرژی

بتن ماده‌ای است که با تمام ساخت و سازها، از خانه‌ها، پل‌ها گرفته تا ساختمان‌های بلند، مرتبط است.

تیم MIT در حال تبدیل آن به یک «دستگاه انرژی» است. این بتن جدید که ec3 نام دارد (مخفف بتن کربنی رسانای الکترون) از سیمان، آب و کربن سیاه، ماده‌ای با رسانایی بالا، ساخته شده است.

برخلاف بتن معمولی، ec3 می‌تواند به عنوان یک ابرخازن عمل کند. پس از مخلوط شدن، قالب‌گیری و عمل‌آوری، بلوک بتنی در یک محلول الکترولیت غوطه‌ور می‌شود که به یون‌های باردار اجازه می‌دهد تا به شبکه کربنی نفوذ کنند.

این نوع بتن جدید ec3 نام دارد که مخفف بتن کربنی رسانای الکترون است (عکس: MIT).

دو الکترود ec3 که توسط یک لایه عایق نازک از هم جدا شده‌اند، ساختاری را ایجاد می‌کنند که قادر به ذخیره برق است.

پس از دو سال بهینه‌سازی، تیم تحقیقاتی ظرفیت ذخیره‌سازی ec3 را در مقایسه با اولین نسخه اعلام شده در سال ۲۰۲۳ تقریباً ۱۰ برابر افزایش داده است. ^{۱ متر مکعب} از این ماده اکنون می‌تواند بیش از ۲ کیلووات ساعت انرژی ذخیره کند که برای روشن کردن یک یخچال به مدت یک روز کامل کافی است.

رمزگشایی نانوساختار کلیدی برای افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی

برای دستیابی به این نتیجه، دانشمندان MIT از یک تکنیک میکروسکوپی به نام توموگرافی SEM FIB استفاده کردند که امکان مشاهده شبکه‌های نانوکربنی درون بتن را با وضوح سه‌بعدی بسیار بالا فراهم می‌کند.

این به آنها درک بهتری از چگونگی پیوند ذرات کربن سیاه با سیمان و تشکیل یک سیستم رسانا داد. هنگامی که در مقیاس نانو تصفیه می‌شوند، مساحت سطح افزایش می‌یابد و به ماده اجازه می‌دهد بار بیشتری را در خود نگه دارد.

این تیم همچنین محلول‌های الکترولیت مختلفی را آزمایش کردند. ترکیب نمک آمونیوم چهارتایی و حلال رسانا استونیتریل، یک محیط الکتروشیمیایی پایدار ایجاد کرد که منجر به افزایش قابل توجه چگالی انرژی شد.

الکترودهای ضخیم‌تر برای افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی بدون نیاز به پس‌پردازش اضافه می‌شوند.

تخمین زده می‌شود که چگالی انرژی ec3 در حال حاضر حدود ۲۰۰ وات ساعت بر متر ^مکعب است که بسیار بیشتر از مصالح ساختمانی مرسوم است. با این راندمان، تنها چند بلوک از دیوارهای ec3 در یک آپارتمان برای ذخیره برق برای زندگی کوتاه مدت کافی است.

وقتی بتن می‌تواند حس کند و واکنش نشان دهد

علاوه بر ذخیره برق، ec3 می‌تواند محیط را «حس» کند و به آن واکنش نشان دهد. در یک آزمایش، دانشمندان یک مدل گنبدی کوچک با ec3 ساختند که برق کافی برای روشن کردن یک LED 9 ولتی را داشت.

ec3 نه تنها برق را ذخیره می‌کند، بلکه می‌تواند محیط را نیز "حس" کرده و به آن واکنش نشان دهد (عکس: MIT).

وقتی آنها باری را اعمال کردند، نور خروجی با نیروی اعمال شده تغییر کرد، که نشان می‌دهد ولتاژ نیز متناسب با آن نوسان می‌کند.

دکتر آدمیر ماسیچ، مدیر مشترک مرکز تحقیقات ec3، گفت که اگر یک گنبد ec3 در مقیاس کامل تحت تأثیر بادهای شدید یا بارهای غیرمعمول قرار گیرد، توان خروجی آن نوسان خواهد کرد. از این سیگنال می‌توان برای نظارت بر سلامت سازه در زمان واقعی استفاده کرد.

این فناوری چشم‌انداز ساختمان‌هایی را می‌گشاید که می‌توانند هنگام ترک خوردن، لرزش یا بارگذاری بیش از حد، خود را هشدار دهند. هر سازه فقط یک بلوک بتنی ثابت نخواهد بود، بلکه یک سیستم مصالح «هوشمند» است که می‌تواند به محیط واکنش نشان دهد.

گام‌هایی به سوی انرژی پاک و زیرساخت‌های پایدار

ورود ec3 در زمانی اتفاق می‌افتد که جهان به شدت به راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر نیاز دارد. باتری‌های لیتیوم یونی بسیار کارآمد هستند اما گران هستند، بازیافت آنها دشوار است و به فلزات کمیاب متکی هستند.

در همین حال، بتن ارزان، بادوام، به طور گسترده در دسترس است و می‌تواند بدون ایجاد تأثیر عمده بر محیط زیست، به صورت انبوه تولید شود.

دانشگاه MIT امیدوار است که ec3 بتواند در پی خانه‌ها، دیوارها، پیاده‌روها یا کف جاده‌ها ادغام شود تا برق حاصل از پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی را ذخیره کند.

وقتی انرژی اضافی وجود دارد، سیستم آن را ذخیره می‌کند و در مواقع نیاز آزاد می‌کند. در ژاپن، این فناوری برای گرم کردن پیاده‌روها در ساپورو آزمایش شده است تا به ذوب شدن یخ زمستانی کمک کند.

در صورت تجاری‌سازی، ec3 می‌تواند کل زیرساخت شهری را به یک شبکه باتری توزیع‌شده تبدیل کند و به تثبیت شبکه ملی و کاهش وابستگی به انرژی فسیلی کمک کند.

MIT اذعان دارد که ec3 هنوز از نظر چگالی انرژی با باتری‌های تجاری مطابقت ندارد، اما دریچه‌ای به آینده‌ای می‌گشاید که در آن بتن نه تنها یک ماده‌ی تحمل‌کننده‌ی بار، بلکه بخشی از سیستم انرژی نیز هست.

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