Бетон — один из символов индустриальной эпохи. Массачусетский технологический институт (MIT) «переосмысливает» его, превращая в новый источник энергии.
1 кубический метр бетона способен хранить 2 кВт·ч электроэнергии, чего достаточно для работы холодильника в течение 24 часов. Это достижение открывает перспективы для будущих зданий, способных производить, хранить и поставлять собственную электроэнергию.
От строительных материалов до устройств накопления энергии
Бетон — материал, используемый при возведении любых сооружений: от домов и мостов до высотных зданий.
Команда Массачусетского технологического института превращает его в «энергетическое устройство». Новый бетон, получивший название ec3 (электронпроводящий углеродный бетон), изготавливается из цемента, воды и технического углерода — материала с высокой проводимостью.
В отличие от обычного бетона, ec3 может действовать как суперконденсатор. После смешивания, формования и затвердевания бетонный блок погружают в раствор электролита, который позволяет заряженным ионам проникать в углеродную сеть.
Новый тип бетона называется ec3, что означает электроннопроводящий углеродный бетон (Фото: Массачусетский технологический институт).
Два электрода ec3, разделенные тонким изолирующим слоем, создадут структуру, способную хранить электроэнергию.
После двух лет оптимизации исследовательская группа увеличила емкость хранилища ec3 почти в 10 раз по сравнению с первой версией, анонсированной в 2023 году. 1 м3 материала теперь может хранить более 2 кВт·ч, что достаточно для работы холодильника в течение целого дня.
Расшифровка ключевой наноструктуры для увеличения емкости хранилища
Чтобы добиться этого результата, ученые из Массачусетского технологического института использовали метод микроскопии, называемый FIB SEM-томографией, который позволяет наблюдать наноуглеродные сети внутри бетона с чрезвычайно высоким трехмерным разрешением.
Это позволило им лучше понять, как частицы технического углерода связываются с цементом и образуют проводящую систему. При измельчении до наномасштаба площадь поверхности увеличивается, что позволяет материалу удерживать больше заряда.
Команда также протестировала различные растворы электролитов. Сочетание четвертичной аммониевой соли и проводящего растворителя ацетонитрила создало стабильную электрохимическую среду, что привело к значительному увеличению плотности энергии.
Для увеличения емкости хранилища без последующей обработки добавляются более толстые электроды.
По оценкам, плотность энергии EC3 в настоящее время составляет около 200 Вт·ч/ м³ , что значительно выше, чем у традиционных строительных материалов. Благодаря такой эффективности всего нескольких блоков EC3 в стенах квартиры достаточно для накопления электроэнергии в течение краткосрочного периода проживания.
Когда бетон может чувствовать и реагировать
Помимо накопления электроэнергии, ec3 также может «чувствовать» окружающую среду и реагировать на неё. В одном из экспериментов учёные построили небольшую модель купола с ec3, вырабатывающего достаточно электроэнергии для свечения 9-вольтового светодиода.
EC3 не только хранит электроэнергию, но и может «чувствовать» окружающую среду и реагировать на нее (Фото: Массачусетский технологический институт).
При приложении нагрузки световой поток менялся в зависимости от приложенной силы, что указывало на соответствующие колебания напряжения.
Доктор Адмир Масич, соруководитель исследовательского центра EC3, отметил, что если полномасштабный купол EC3 подвергается воздействию сильного ветра или нестандартных нагрузок, его выходная мощность будет колебаться. Этот сигнал можно использовать для мониторинга состояния конструкции в режиме реального времени.
Эта технология открывает перспективу создания зданий, способных самостоятельно предупреждать о трещинах, вибрации или перегрузках. Каждая конструкция будет представлять собой не просто статичный бетонный блок, а «умную» материальную систему, способную реагировать на окружающую среду.
Шаги вперед к чистой энергии и устойчивой инфраструктуре
Появление EC3 совпало с тем, что мир остро нуждается в решениях по хранению энергии из возобновляемых источников. Литий-ионные аккумуляторы высокоэффективны, но дороги, сложны в переработке и содержат редкие металлы.
Между тем, бетон дешев, долговечен, широко доступен и может производиться массово, не оказывая значительного воздействия на окружающую среду.
В Массачусетском технологическом институте надеются, что технологию ec3 можно будет интегрировать в фундаменты домов, стены, тротуары или дорожное полотно для хранения электроэнергии от солнечных панелей и ветряных турбин.
При наличии избытка энергии система накапливает её и высвобождает при повышенном спросе. В Японии эта технология была испытана для обогрева тротуаров в Саппоро, что способствовало таянию зимнего льда.
В случае коммерциализации ec3 может превратить всю городскую инфраструктуру в распределенную сеть аккумуляторных батарей, способствуя стабилизации национальной сети и снижению зависимости от ископаемой энергии.
В Массачусетском технологическом институте признают, что ec3 все еще не дотягивает до коммерческих аккумуляторов по плотности энергии, но он открывает дверь в будущее, где бетон будет не просто несущим материалом, но и частью энергетической системы.
Источник: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/chung-cu-co-the-la-khoi-pin-khong-lo-trong-tuong-lai-20251014080130790.htm
Комментарий (0)