דירות יכולות להיות סוללות ענק של העתיד

(דן טרי) - העיר של המחר יכולה להיבנות מבלוקי בטון "נושמים" ו"רגישים", כאשר הבניין עצמו הופך לחלק מרשת האנרגיה הירוקה העולמית.

בטון הוא אחד מסמלי העידן התעשייתי. כעת, הוא "מוגדר מחדש" על ידי המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) כמקור אנרגיה חדש.

^{מ"ק אחד של} בטון יכול לאגור 2 קילוואט-שעה של חשמל, מספיק כדי להפעיל מקרר במשך 24 שעות. הישג זה פותח את האפשרות של מבנים עתידיים שיוכלו לייצר, לאגור ולספק חשמל בעצמם.

מחומרי בניין ועד להתקני אחסון אנרגיה

בטון הוא חומר המשמש לכל סוגי המבנים, החל מבתים וגשרים ועד לבניינים רבי קומות.

צוות MIT הופך אותו ל"מכשיר אנרגיה". הבטון החדש, המכונה ec3, ראשי תיבות של בטון פחמן מוליך אלקטרונים, עשוי מצמנט, מים ופחמן שחור, חומר בעל מוליך גבוה.

בניגוד לבטון קונבנציונלי, ec3 יכול לשמש כקבל-על. לאחר ערבוב, יציקה והתקשות, גוש הבטון טובל בתמיסת אלקטרוליטים המאפשרת ליונים טעונים לחדור לרשת הפחמן.

סוג הבטון החדש נקרא ec3, ראשי תיבות של בטון פחמן מוליך אלקטרונים (צילום: MIT).

שתי אלקטרודות ec3 המופרדות על ידי שכבת בידוד דקה ייצרו מבנה המסוגל לאגור חשמל.

לאחר שנתיים של אופטימיזציה, צוות המחקר הגדיל את קיבולת האחסון של ec3 כמעט פי 10 בהשוואה לגרסה הראשונה שהוכרזה בשנת 2023. ^{1 מ"ק} של החומר יכול כעת לאחסן יותר מ-2 קילוואט-שעה, מספיק כדי להפעיל מקרר במשך יום שלם.

פענוח הננו-מבנה המרכזי להגדלת קיבולת האחסון

כדי להשיג תוצאה זו, מדענים ב-MIT השתמשו בטכניקת מיקרוסקופיה הנקראת טומוגרפיה של FIB SEM, המאפשרת תצפית על רשתות ננו-פחמן בתוך בטון ברזולוציה תלת-ממדית גבוהה ביותר.

זה נתן להם הבנה טובה יותר של האופן שבו חלקיקי פחמן שחור נקשרים עם מלט ויוצרים מערכת מוליכה. כאשר הם מזוקקים בקנה מידה ננומטרי, שטח הפנים גדל, מה שמאפשר לחומר להחזיק מטען רב יותר.

הצוות בדק גם תמיסות אלקטרוליט שונות. השילוב של מלח אמוניום רביעוני והממס המוליך אצטוניטריל יצר סביבה אלקטרוכימית יציבה, וכתוצאה מכך עלייה משמעותית בצפיפות האנרגיה.

אלקטרודות עבות יותר מתווספות כדי להאריך את קיבולת האחסון ללא עיבוד לאחר מכן.

ההערכה היא שצפיפות האנרגיה של ec3 עומדת כיום על כ-200Wh/ ^m³ , גבוהה בהרבה מזו של חומרי בניין קונבנציונליים. עם יעילות זו, מספיקים רק כמה בלוקים של קירות ec3 בדירה כדי לאגור חשמל למגורים לטווח קצר.

כאשר בטון יכול להרגיש ולהגיב

בנוסף לאגירת חשמל, ec3 יכול גם "לחוש" ולהגיב לסביבה. בניסוי אחד, מדענים בנו מודל כיפה קטן עם ec3, מספיק חשמל כדי להדליק נורת LED של 9 וולט.

ec3 לא רק אוגר חשמל, אלא גם יכול "לחוש" ולהגיב לסביבה (צילום: MIT).

כאשר הם הפעילו עומס, תפוקת האור השתנתה בהתאם לכוח המופעל, דבר המצביע על כך שהמתח השתנה בהתאם.

ד"ר אדמיר מאסיק, מנהל שותף של מרכז המחקר ec3, אמר שאם כיפת ec3 בקנה מידה מלא נפגעת מרוחות חזקות או מעומסים חריגים, תפוקת החשמל שלה תשתנה. ניתן להשתמש באות זה כדי לנטר את בריאות המבנה בזמן אמת.

טכנולוגיה זו פותחת את האפשרות של בניינים שיכולים להתריע בפני עצמם כאשר הם נסדקים, רוטטים או עמוסים יתר על המידה. כל מבנה לא יהיה רק ​​גוש בטון סטטי, אלא מערכת חומרים "חכמה" שיכולה להגיב לסביבה.

צעדים קדימה לאנרגיה נקייה ותשתיות בנות קיימא

הגעתו של ה-ec3 מגיעה בתקופה בה העולם זקוק נואשות לפתרונות אחסון אנרגיה מתחדשת. סוללות ליתיום-יון הן יעילות ביותר אך הן יקרות, קשות למחזור ותלויות במתכות נדירות.

בינתיים, בטון הוא זול, עמיד, זמין באופן נרחב וניתן לייצר אותו בהמוניו מבלי לגרום להשפעה משמעותית על הסביבה.

אוניברסיטת MIT מקווה שניתן יהיה לשלב את טכנולוגיית ec3 ביסודות בתים, קירות, מדרכות או תשתיות כבישים כדי לאגור חשמל מפאנלים סולאריים וטורבינות רוח.

כאשר יש עודף אנרגיה, המערכת אוגרת אותה ומשחררת אותה כאשר הביקוש גבוה. ביפן, הטכנולוגיה נבדקה לחימום מדרכות בסאפורו כדי לסייע בהמסת קרח בחורף.

אם תמומש, ec3 תוכל להפוך את כל התשתית העירונית לרשת סוללות מבוזרת, ולתרום לייצוב הרשת הארצית ולהפחתת התלות באנרגיה מאובנים.

אוניברסיטת MIT מודה ש-ec3 עדיין לא משתווה לסוללות מסחריות מבחינת צפיפות האנרגיה, אך הוא פותח את הדלת לעתיד שבו בטון אינו רק חומר נושא עומס אלא גם חלק ממערכת האנרגיה.

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