A beton az ipari kor egyik szimbóluma. Most a Massachusetts Institute of Technology (MIT) „újraértelmezi” egy új energiaforrássá.
1 m3 beton 2 kWh villamos energiát képes tárolni, ami elég egy hűtőszekrény 24 órás működtetéséhez. Ez a teljesítmény olyan jövőbeli épületek előtt nyitja meg a teret, amelyek képesek saját villamos energiát termelni, tárolni és szolgáltatni.
Az építőanyagoktól az energiatároló eszközökig
A beton egy olyan anyag, amelyet minden építményhez használnak, a házaktól, hidaktól a magas épületekig.
Az MIT csapata „energiaeszközzé” alakítja. Az új beton, az ec3, az elektronvezető szénbeton rövidítése, cementből, vízből és koromból, egy nagy vezetőképességű anyagból készül.
A hagyományos betonnal ellentétben az ec3 szuperkondenzátorként is működhet. Miután összekeverték, formázták és megkötötték, a betontömböt egy elektrolitoldatba merítik, amely lehetővé teszi, hogy a töltéssel rendelkező ionok áthatoljanak a szénhálón.
Az új típusú betont ec3-nak hívják, ami az elektronvezető szénbeton rövidítése (Fotó: MIT).
Két, vékony szigetelőréteggel elválasztott ec3 elektróda egy olyan szerkezetet hoz létre, amely képes elektromos áram tárolására.
Két évnyi optimalizálás után a kutatócsoport közel tízszeresére növelte az ec3 tárolókapacitását a 2023-ban bejelentett első verzióhoz képest. Az anyag 1 m3-e ma már több mint 2 kWh-t képes tárolni, ami elég egy hűtőszekrény egy egész napos működtetéséhez.
A kulcsfontosságú nanoszerkezet dekódolása a tárolókapacitás növelése érdekében
Az eredmény eléréséhez az MIT tudósai egy FIB SEM tomográfia nevű mikroszkópos technikát alkalmaztak, amely lehetővé teszi a betonban található nanokarbon hálózatok rendkívül nagy háromdimenziós felbontásban történő megfigyelését.
Ezáltal jobban megértették, hogyan kötődnek a koromrészecskék a cementhez és hogyan alkotnak vezetőképes rendszert. Nanoskálán finomítva a felület megnő, lehetővé téve az anyag számára, hogy több töltést tartson meg.
A csapat különböző elektrolitoldatokat is tesztelt. A kvaterner ammóniumsó és a vezetőképes oldószer, az acetonitril kombinációja stabil elektrokémiai környezetet hozott létre, ami az energiasűrűség jelentős növekedését eredményezte.
Vastagabb elektródákat adnak hozzá a tárolókapacitás utófeldolgozás nélküli növelése érdekében.
A becslések szerint az ec3 energiasűrűsége jelenleg körülbelül 200 Wh/ m3 , ami jóval magasabb, mint a hagyományos építőanyagoké. Ezzel a hatékonysággal egy lakásban mindössze néhány tömb ec3 fal elegendő a rövid távú megélhetéshez szükséges áram tárolására.
Amikor a beton érezhető és reagálhat
Az elektromosság tárolása mellett az ec3 képes „érzékelni” és reagálni a környezetre is. Egy kísérletben a tudósok egy kis kupolamodellt építettek ec3-mal, ami annyi elektromosságot tartalmazott, hogy egy 9 V-os LED-et megvilágított.
Az ec3 nemcsak elektromos áramot tárol, hanem „érzékelni” is képes a környezetet, és reagálni is rá (Fotó: MIT).
Amikor terhelést alkalmaztak, a fénykibocsátás az alkalmazott erővel változott, ami azt jelzi, hogy a feszültség is ennek megfelelően ingadozott.
Dr. Admir Masic, az ec3 kutatóközpont társigazgatója elmondta, hogy ha egy teljes méretű ec3 kupolát erős szél vagy szokatlan terhelés ér, a teljesítménye ingadozni fog. Ez a jel felhasználható a szerkezet állapotának valós idejű monitorozására.
Ez a technológia olyan épületek létrehozását teszi lehetővé, amelyek képesek figyelmeztetni magukat, ha repedések, rezgések vagy túlterhelés lép fel bennük. Minden egyes szerkezet nem csupán egy statikus betontömb lesz, hanem egy „intelligens” anyagrendszer, amely képes reagálni a környezetre.
Előrelépések a tiszta energia és a fenntartható infrastruktúra felé
Az ec3 érkezése egy olyan időszakban történik, amikor a világnak nagy szüksége van megújuló energiatárolási megoldásokra. A lítium-ion akkumulátorok rendkívül hatékonyak, de drágák, nehezen újrahasznosíthatók és ritka fémektől függenek.
Eközben a beton olcsó, tartós, széles körben elérhető, és tömegesen előállítható anélkül, hogy jelentős környezeti hatást gyakorolna.
Az MIT abban reménykedik, hogy az EC3-at házalapokba, falakba, járdákba vagy útpadkákba lehet integrálni, hogy napelemekből és szélturbinákból származó áramot tároljon.
Amikor felesleges energia keletkezik, a rendszer tárolja azt, és nagy igény esetén felszabadítja. Japánban a technológiát Sapporo járdáinak fűtésére tesztelték a téli jég olvadásának elősegítése érdekében.
Ha kereskedelmi forgalomba kerül, az EC3 a teljes városi infrastruktúrát elosztott akkumulátorhálózattá alakíthatja, hozzájárulva az országos hálózat stabilizálásához és a fosszilis energiától való függőség csökkentéséhez.
Az MIT elismeri, hogy az ec3 energiasűrűség tekintetében még mindig nem éri el a kereskedelmi forgalomban kapható akkumulátorok szintjét, de megnyitja az utat egy olyan jövő felé, ahol a beton nemcsak teherhordó anyag, hanem az energiarendszer része is.
Forrás: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/chung-cu-co-the-la-khoi-pin-khong-lo-trong-tuong-lai-20251014080130790.htm
Hozzászólás (0)