Mieszkania mogą być gigantycznymi bateriami przyszłości

(Dan Tri) - Miasto przyszłości może być budowane z „oddychających” i „responsywnych” betonowych bloków, dzięki czemu sam budynek stanie się częścią globalnej zielonej sieci energetycznej.

Beton jest jednym z symboli ery przemysłowej. Teraz jest „redefiniowany” przez Massachusetts Institute of Technology (MIT) i przekształcany w nowe źródło energii.

^{1 m3} betonu może zmagazynować 2 kWh energii elektrycznej, co wystarcza do zasilania lodówki przez 24 godziny. To osiągnięcie otwiera perspektywę przyszłych budynków, które będą mogły wytwarzać, magazynować i dostarczać własną energię elektryczną.

Od materiałów budowlanych po urządzenia do magazynowania energii

Beton to materiał powszechnie stosowany w budownictwie wszelkiego rodzaju budynków: domów, mostów i wieżowców.

Zespół z MIT przekształca go w „urządzenie energetyczne”. Nowy beton, nazwany ec3 (ang. electron-conducting carbon concrete, beton węglowy przewodzący elektrony), powstaje z cementu, wody i sadzy, materiału o wysokiej przewodności.

W przeciwieństwie do konwencjonalnego betonu, EC3 może działać jak superkondensator. Po wymieszaniu, uformowaniu i utwardzeniu, blok betonowy zanurza się w roztworze elektrolitu, który umożliwia przenikanie naładowanych jonów przez sieć węglową.

Nowy rodzaj betonu nazywa się ec3, co jest skrótem od electronic conducting carbon Concrete (zdjęcie: MIT).

Dwie elektrody ec3 oddzielone cienką warstwą izolacyjną stworzą strukturę zdolną do magazynowania energii elektrycznej.

Po dwóch latach optymalizacji zespół badawczy zwiększył pojemność magazynową ec3 prawie dziesięciokrotnie w porównaniu z pierwszą wersją, którą zapowiedziano na rok 2023. ^{1 m3} materiału może teraz zmagazynować ponad 2 kWh, co wystarczy do zasilania lodówki przez cały dzień.

Odkodowanie kluczowej nanostruktury w celu zwiększenia pojemności pamięci masowej

Aby osiągnąć ten wynik, naukowcy z MIT wykorzystali technikę mikroskopii zwaną tomografią FIB SEM, która umożliwia obserwację sieci nanowęglowych wewnątrz betonu z niezwykle wysoką rozdzielczością trójwymiarową.

Pozwoliło im to lepiej zrozumieć, w jaki sposób cząsteczki sadzy wiążą się z cementem i tworzą układ przewodzący. Po rafinacji w skali nano powierzchnia zwiększa się, co pozwala materiałowi utrzymać większy ładunek.

Zespół przetestował również różne roztwory elektrolitów. Połączenie czwartorzędowej soli amoniowej z przewodzącym rozpuszczalnikiem, acetonitrylem, stworzyło stabilne środowisko elektrochemiczne, co przełożyło się na znaczny wzrost gęstości energii.

Grubsze elektrody dodaje się w celu zwiększenia pojemności magazynowania bez konieczności przetwarzania końcowego.

Szacuje się, że gęstość energetyczna EC3 wynosi obecnie około 200 Wh/ ^m³ , znacznie więcej niż w przypadku konwencjonalnych materiałów budowlanych. Dzięki tej wydajności, zaledwie kilka bloków ścian EC3 w mieszkaniu wystarczy do magazynowania energii elektrycznej na krótki okres użytkowania.

Kiedy beton może czuć i reagować

Oprócz magazynowania energii elektrycznej, ec3 może również „wyczuwać” otoczenie i reagować na nie. W jednym z eksperymentów naukowcy zbudowali mały model kopuły z ec3, który dostarczał wystarczająco dużo energii elektrycznej do oświetlenia diody LED o napięciu 9 V.

ec3 nie tylko magazynuje energię elektryczną, ale także „czuje” otoczenie i na nie reaguje (zdjęcie: MIT).

Po przyłożeniu obciążenia strumień świetlny zmieniał się w zależności od przyłożonej siły, co wskazuje na to, że napięcie również ulegało wahaniom.

Dr Admir Masic, współdyrektor centrum badawczego EC3, powiedział, że jeśli pełnowymiarowa kopuła EC3 zostanie uderzona przez silny wiatr lub nietypowe obciążenia, jej moc wyjściowa będzie się wahać. Sygnał ten można wykorzystać do monitorowania stanu konstrukcji w czasie rzeczywistym.

Technologia ta otwiera perspektywę budynków, które będą mogły same ostrzegać o pękaniu, drganiach lub przeciążeniu. Każda konstrukcja nie będzie po prostu statycznym blokiem betonu, ale „inteligentnym” systemem materiałowym, który może reagować na otoczenie.

Kroki naprzód w kierunku czystej energii i zrównoważonej infrastruktury

Wprowadzenie EC3 na rynek następuje w momencie, gdy świat pilnie potrzebuje rozwiązań w zakresie magazynowania energii odnawialnej. Akumulatory litowo-jonowe są bardzo wydajne, ale drogie, trudne w recyklingu i oparte na metalach rzadkich.

Tymczasem beton jest tani, trwały, powszechnie dostępny i można go produkować masowo, nie wywierając większego wpływu na środowisko.

MIT ma nadzieję, że technologię ec3 będzie można integrować z fundamentami domów, ścianami, chodnikami i nawierzchniami dróg, aby magazynować energię elektryczną z paneli słonecznych i turbin wiatrowych.

W przypadku nadmiaru energii system ją magazynuje i uwalnia, gdy zapotrzebowanie jest wysokie. W Japonii technologia ta została przetestowana w celu ogrzewania chodników w Sapporo, co pomogło w stopieniu zimowego lodu.

Jeśli ec3 zostanie skomercjalizowany, może przekształcić całą infrastrukturę miejską w rozproszoną sieć akumulatorów, przyczyniając się do stabilizacji krajowej sieci energetycznej i ograniczenia uzależnienia od energii kopalnej.

MIT przyznaje, że ec3 nadal nie dorównuje komercyjnym akumulatorom pod względem gęstości energii, otwiera jednak drzwi do przyszłości, w której beton nie będzie tylko materiałem nośnym, ale także częścią systemu energetycznego.

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