Beton is een van de symbolen van het industriële tijdperk. Nu wordt het door het Massachusetts Institute of Technology (MIT) 'herdefinieerd' tot een nieuwe energiebron.
1 m3 beton kan 2 kWh elektriciteit opslaan, genoeg om een koelkast 24 uur te laten draaien. Deze prestatie opent de mogelijkheid voor toekomstige gebouwen die hun eigen elektriciteit kunnen produceren, opslaan en leveren.
Van bouwmaterialen tot energieopslagapparaten
Beton is een materiaal dat bij alle bouwwerken wordt gebruikt, van huizen en bruggen tot hoogbouw.
Het MIT-team maakt er een 'energie-apparaat' van. Het nieuwe beton, ec3 genaamd, staat voor elektronengeleidend koolstofbeton, is gemaakt van cement, water en koolstofzwart, een materiaal dat zeer geleidend is.
In tegenstelling tot conventioneel beton kan ec3 fungeren als een supercondensator. Nadat het betonblok is gemengd, gevormd en uitgehard, wordt het ondergedompeld in een elektrolytoplossing waardoor geladen ionen het koolstofnetwerk kunnen doordringen.
Het nieuwe type beton heet ec3, wat staat voor elektronengeleidend koolstofbeton (foto: MIT).
Twee ec3-elektroden, gescheiden door een dunne isolatielaag, creëren een structuur die elektriciteit kan opslaan.
Na twee jaar optimalisatie heeft het onderzoeksteam de opslagcapaciteit van ec3 met bijna een factor 10 vergroot ten opzichte van de eerste versie die in 2023 werd aangekondigd. 1 m3 van het materiaal kan nu meer dan 2 kWh opslaan, genoeg om een koelkast een hele dag te laten draaien.
De sleutelnanostructuur decoderen om de opslagcapaciteit te vergroten
Om dit resultaat te bereiken, gebruikten wetenschappers van MIT een microscopietechniek genaamd FIB SEM-tomografie, waarmee nanokoolstofnetwerken in beton met extreem hoge driedimensionale resolutie kunnen worden waargenomen.
Dit gaf hen een beter begrip van hoe koolstofzwartdeeltjes zich aan cement binden en een geleidend systeem vormen. Bij verfijning op nanoschaal neemt het oppervlak toe, waardoor het materiaal meer lading kan vasthouden.
Het team testte ook verschillende elektrolytoplossingen. De combinatie van een quaternair ammoniumzout en het geleidende oplosmiddel acetonitril creëerde een stabiele elektrochemische omgeving, wat resulteerde in een significante toename van de energiedichtheid.
Om de opslagcapaciteit te vergroten zonder nabewerking, worden dikkere elektroden toegevoegd.
De energiedichtheid van ec3 wordt momenteel geschat op ongeveer 200 Wh/ m³ , veel hoger dan die van conventionele bouwmaterialen. Met deze efficiëntie zijn slechts enkele blokken ec3-wanden in een appartement voldoende om elektriciteit op te slaan voor kortdurend gebruik.
Als beton kan voelen en reageren
Naast het opslaan van elektriciteit kan ec3 ook de omgeving 'waarnemen' en erop reageren. In een experiment bouwden wetenschappers een klein koepelmodel met ec3, genoeg elektriciteit om een 9V-led te laten branden.
Naast het opslaan van elektriciteit kan ec3 ook de omgeving 'waarnemen' en erop reageren (Foto: MIT).
Als ze een belasting aanbrachten, varieerde de lichtopbrengst afhankelijk van de uitgeoefende kracht. Dit geeft aan dat de spanning overeenkomstig fluctueerde.
Dr. Admir Masic, codirecteur van het ec3-onderzoekscentrum, zei dat als een ec3-koepel op ware grootte wordt getroffen door harde wind of ongewone belastingen, het vermogen zal fluctueren. Dat signaal kan worden gebruikt om de gezondheid van de structuur in realtime te monitoren.
Deze technologie opent de mogelijkheid voor gebouwen die zichzelf kunnen waarschuwen wanneer ze scheuren, trillen of overbelast raken. Elke constructie zal niet zomaar een statisch blok beton zijn, maar een "slim" materiaalsysteem dat kan reageren op de omgeving.
Stappen vooruit voor schone energie en duurzame infrastructuur
De komst van de EC3 komt op een moment dat de wereld dringend behoefte heeft aan oplossingen voor de opslag van hernieuwbare energie. Lithium-ionbatterijen zijn zeer efficiënt, maar duur, moeilijk te recyclen en afhankelijk van zeldzame metalen.
Beton is goedkoop, duurzaam, overal verkrijgbaar en kan in grote hoeveelheden worden geproduceerd zonder dat dit een grote impact heeft op het milieu.
MIT hoopt dat ec3 geïntegreerd kan worden in funderingen van huizen, muren, trottoirs en wegen om elektriciteit van zonnepanelen en windturbines op te slaan.
Wanneer er overtollige energie is, slaat het systeem deze op en geeft deze vrij wanneer de vraag hoog is. In Japan is de technologie getest om trottoirs in Sapporo te verwarmen om winterijs te helpen smelten.
Als ec3 op de markt wordt gebracht, kan het de gehele stedelijke infrastructuur omvormen tot een gedistribueerd batterijnetwerk. Daarmee draagt het bij aan de stabilisatie van het nationale elektriciteitsnet en vermindert het de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen.
MIT geeft toe dat ec3 qua energiedichtheid nog steeds niet kan tippen aan commerciële batterijen, maar het opent wel de deur naar een toekomst waarin beton niet alleen een dragend materiaal is, maar ook onderdeel van het energiesysteem.
Bron: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/chung-cu-co-the-la-khoi-pin-khong-lo-trong-tuong-lai-20251014080130790.htm
Reactie (0)