アパートは未来の巨大なバッテリーになるかもしれない

コンクリートは産業革命の象徴の一つです。現在、マサチューセッツ工科大学（MIT）によって、新たなエネルギー源として「再定義」されています。

^{1立方メートルの}コンクリートには2kWhの電力を蓄えることができ、これは冷蔵庫を24時間稼働させるのに十分な量です。この成果は、将来、自家発電、蓄電、供給できる建物の実現への可能性を切り開きます。

建築材料からエネルギー貯蔵装置まで

コンクリートは、住宅、橋、高層ビルなど、あらゆる建築物に使われる材料です。

MITチームはこれを「エネルギーデバイス」へと進化させています。ec3（電子伝導性カーボンコンクリート）と呼ばれるこの新しいコンクリートは、セメント、水、そして高導電性材料であるカーボンブラックから作られています。

従来のコンクリートとは異なり、ec3はスーパーキャパシタとして機能します。コンクリートブロックは混合、成形、硬化後、電解質溶液に浸され、荷電イオンが炭素ネットワークに浸透します。

薄い絶縁層で分離された 2 つの ec3 電極により、電気を蓄えることができる構造が形成されます。

研究チームは2年間の最適化を経て、2023年に発表された最初のバージョンと比較して、ec3の貯蔵容量を約10倍に増加させました。1m3の材料で^2kWh以上を貯蔵できるようになり、冷蔵庫を1日中稼働させるのに十分な量になりました。

ストレージ容量を増やすための鍵となるナノ構造を解読する

この結果を達成するために、MITの科学者は、コンクリート内部のナノカーボンネットワークを極めて高い3次元解像度で観察できる、FIB SEMトモグラフィーと呼ばれる顕微鏡技術を使用しました。

これにより、カーボンブラック粒子がセメントとどのように結合し、導電性システムを形成するかをより深く理解することができました。ナノスケールで精製すると表面積が増加し、材料はより多くの電荷を保持できるようになります。

研究チームは様々な電解質溶液も試験しました。第四級アンモニウム塩と導電性溶媒であるアセトニトリルの組み合わせにより、安定した電気化学的環境が形成され、エネルギー密度が大幅に向上しました。

後処理なしでストレージ容量を拡大するために、より厚い電極が追加されます。

EC3のエネルギー密度は現在約200Wh/m ³と推定されており、従来の建築材料よりもはるかに高い値です。この効率であれば、マンションに数ブロックのEC3壁を設置するだけで、短期間の生活に必要な電力を蓄電できます。

コンクリートが感じて反応するとき

EC3は電気を蓄えるだけでなく、環境を「感知」して反応することもできます。ある実験では、科学者たちはEC3を使って小さなドーム型模型を作り、9VのLEDを点灯させるのに十分な電力を蓄えました。

負荷をかけると、加えられた力に応じて光出力が変化し、それに応じて電圧が変動することが示されました。

ec3研究センターの共同所長であるアドミール・マシック博士は、実物大のec3ドームが強風や異常な荷重にさらされると、発電出力が変動すると述べています。この信号は、構造物の健全性をリアルタイムで監視するために使用できます。

この技術により、ひび割れ、振動、過負荷の発生時に自ら警告を発する建物の実現が期待されます。それぞれの構造物は、単なる静的なコンクリートブロックではなく、環境に反応できる「スマート」な材料システムとなるでしょう。

クリーンエネルギーと持続可能なインフラに向けた前進

ec3の登場は、世界が再生可能エネルギー貯蔵ソリューションを切実に必要としている時期にあたります。リチウムイオン電池は高効率ですが、高価でリサイクルが難しく、希少金属に依存しています。

一方、コンクリートは安価で耐久性があり、広く入手可能で、環境に大きな影響を与えることなく大量生産することができます。

MITは、ec3を住宅の基礎、壁、歩道、路盤に組み込んで、太陽光パネルや風力タービンからの電気を蓄えることができることを期待している。

余剰エネルギーがある場合、システムはそれを蓄え、需要が高まったときに放出します。日本では、この技術が札幌の歩道を暖め、冬の凍結を緩和する目的で試験的に導入されています。

ec3 が商用化されれば、都市インフラ全体を分散型バッテリーネットワークに変えることができ、国の電力網の安定化と化石エネルギーへの依存の軽減に貢献できます。

MIT は、ec3 がエネルギー密度の点でまだ市販のバッテリーに匹敵していないことを認めていますが、コンクリートが単なる耐荷重材料ではなく、エネルギーシステムの一部となる未来への扉を開きます。

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

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