Lägenheter kan bli framtidens gigantiska batterier

(Dan Tri) – Morgondagens stad skulle kunna byggas av "andningsbara" och "responsiva" betongblock, där själva byggnaden blir en del av det globala gröna energinätverket.

Betong är en av symbolerna för industriåldern. Nu "omdefinieras" den av Massachusetts Institute of Technology (MIT) till en ny energikälla.

^{1 m3} betong kan lagra 2 kWh el, tillräckligt för att driva ett kylskåp i 24 timmar. Denna prestation öppnar upp möjligheten för framtida byggnader som kan producera, lagra och leverera sin egen el.

Från byggmaterial till energilagringsenheter

Betong är ett material som förknippas med alla konstruktioner, från hus, broar till höghus.

MIT-teamet förvandlar den till en "energianordning". Den nya betongen, kallad ec3, står för elektronledande kolbetong, är tillverkad av cement, vatten och kimrök, ett material som är mycket ledande.

Till skillnad från konventionell betong kan ec3 fungera som en superkondensator. När betongblocket har blandats, formats och härdats nedsänks det i en elektrolytlösning som gör att laddade joner kan tränga igenom kolnätverket.

Den nya typen av betong kallas ec3, vilket står för elektronledande kolbetong (Foto: MIT).

Två ec3-elektroder separerade av ett tunt isolerande lager skapar en struktur som kan lagra elektricitet.

Efter två års optimering har forskargruppen ökat lagringskapaciteten för ec3 med nästan 10 gånger jämfört med den första versionen som tillkännagavs 2023. ^{1 m3} av materialet kan nu lagra mer än 2 kWh, tillräckligt för att driva ett kylskåp i en hel dag.

Avkodning av den viktigaste nanostrukturen för att öka lagringskapaciteten

För att uppnå detta resultat använde forskare vid MIT en mikroskopiteknik som kallas FIB SEM-tomografi, vilken möjliggör observation av nanokarbonnätverk inuti betong med extremt hög tredimensionell upplösning.

Detta gav dem en bättre förståelse för hur kimrökspartiklar binder till cement och bildar ett ledande system. När de förfinas på nanoskala ökar ytan, vilket gör att materialet kan hålla mer laddning.

Teamet testade också olika elektrolytlösningar. Kombinationen av ett kvaternärt ammoniumsalt och det ledande lösningsmedlet acetonitril skapade en stabil elektrokemisk miljö, vilket resulterade i en betydande ökning av energitätheten.

Tjockare elektroder läggs till för att utöka lagringskapaciteten utan efterbehandling.

Det uppskattas att energitätheten för ec3 för närvarande ligger runt 200 Wh/ ^m³ , vilket är mycket högre än för konventionella byggmaterial. Med denna effektivitet räcker det med bara några få block av ec3-väggar i en lägenhet för att lagra elektricitet för korttidsboende.

När betong kan kännas och reagera

Förutom att lagra elektricitet kan ec3 även "känna" och reagera på omgivningen. I ett experiment byggde forskare en liten kupolmodell med ec3, tillräckligt med elektricitet för att tända en 9V-lysdiod.

ec3 kan inte bara lagra elektricitet, utan även "känna" av och reagera på omgivningen (Foto: MIT).

När de applicerade en belastning varierade ljusflödet med den applicerade kraften, vilket indikerar att spänningen fluktuerade i enlighet därmed.

Dr Admir Masic, meddirektör för forskningscentret ec3, sa att om en fullskalig ec3-kupol träffas av starka vindar eller ovanliga belastningar, kommer dess effekt att fluktuera. Den signalen kan användas för att övervaka strukturens tillstånd i realtid.

Denna teknik öppnar upp möjligheten för byggnader som kan varna sig själva när de spricker, vibrerar eller är överbelastade. Varje struktur kommer inte bara att vara ett statiskt betongblock, utan ett "smart" materialsystem som kan reagera på miljön.

Steg framåt för ren energi och hållbar infrastruktur

EC3:ans ankomst kommer vid en tidpunkt då världen är i desperat behov av förnybara energilagringslösningar. Litiumjonbatterier är mycket effektiva men är dyra, svåra att återvinna och förlitar sig på sällsynta metaller.

Samtidigt är betong billig, hållbar, allmänt tillgänglig och kan massproduceras utan att orsaka någon större miljöpåverkan.

MIT hoppas att ec3 kan integreras i husgrunder, väggar, trottoarer eller vägbäddar för att lagra el från solpaneler och vindkraftverk.

När det finns överskottsenergi lagrar systemet den och frigör den när efterfrågan är hög. I Japan har tekniken testats för att värma upp trottoarer i Sapporo för att hjälpa till att smälta vinteris.

Om ec3 kommersialiseras skulle det kunna omvandla hela den urbana infrastrukturen till ett distribuerat batterinätverk, vilket bidrar till att stabilisera det nationella elnätet och minska beroendet av fossil energi.

MIT medger att ec3 fortfarande inte matchar kommersiella batterier vad gäller energitäthet, men det öppnar dörren till en framtid där betong inte bara är ett bärande material utan också en del av energisystemet.

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