อพาร์ทเมนต์อาจเป็นแบตเตอรี่ขนาดยักษ์ของอนาคต

(แดน ตรี) - เมืองแห่งอนาคตอาจสร้างขึ้นจากบล็อกคอนกรีตที่ "หายใจได้" และ "ตอบสนอง" โดยตัวอาคารเองก็กลายเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายพลังงานสีเขียวระดับโลก

คอนกรีตเป็นหนึ่งในสัญลักษณ์ของยุคอุตสาหกรรม ปัจจุบัน สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) กำลัง “นิยามใหม่” ให้กลายเป็นแหล่งพลังงานใหม่

คอนกรีต ^{1 ลูกบาศก์เมตร} สามารถกักเก็บไฟฟ้าได้ 2 กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งเพียงพอสำหรับตู้เย็นที่ใช้งานได้นานถึง 24 ชั่วโมง ความสำเร็จนี้เปิดโอกาสให้อาคารในอนาคตสามารถผลิต กักเก็บ และจ่ายไฟฟ้าได้เอง

จากวัสดุก่อสร้างไปจนถึงอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน

คอนกรีตเป็นวัสดุที่เกี่ยวข้องกับการก่อสร้างทุกประเภท ตั้งแต่บ้าน สะพาน ไปจนถึงอาคารสูง

ทีม MIT กำลังเปลี่ยนมันให้กลายเป็น "อุปกรณ์พลังงาน" คอนกรีตชนิดใหม่นี้เรียกว่า ec3 ซึ่งย่อมาจาก Electron-Conducting Carbon Concrete (CF) ซึ่งทำมาจากซีเมนต์ น้ำ และคาร์บอนแบล็ก ซึ่งเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้สูง

ต่างจากคอนกรีตทั่วไป ec3 สามารถทำหน้าที่เป็นซูเปอร์คาปาซิเตอร์ได้ เมื่อผสม ขึ้นรูป และบ่มแล้ว บล็อกคอนกรีตจะถูกจุ่มลงในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งจะทำให้ไอออนที่มีประจุสามารถแทรกซึมผ่านโครงข่ายคาร์บอนได้

คอนกรีตประเภทใหม่เรียกว่า ec3 ซึ่งย่อมาจาก Electron Conducting Carbon Concrete (คอนกรีตคาร์บอนนำไฟฟ้าอิเล็กตรอน) (ภาพ: MIT)

อิเล็กโทรด ec3 สองตัวที่แยกจากกันด้วยชั้นฉนวนบางๆ จะสร้างโครงสร้างที่สามารถกักเก็บไฟฟ้าได้

หลังจากการปรับปรุงเป็นเวลาสองปี ทีมวิจัยได้เพิ่มความจุในการจัดเก็บของ ec3 ได้เกือบ 10 เท่าเมื่อเทียบกับรุ่นแรกที่ประกาศในปี 2023 ปัจจุบันวัสดุ ^{1 ลูกบาศก์เมตร} สามารถจัดเก็บได้มากกว่า 2 กิโลวัตต์ชั่วโมง เพียงพอสำหรับการใช้ตู้เย็นได้ทั้งวัน

ถอดรหัสโครงสร้างนาโนที่สำคัญเพื่อเพิ่มความจุในการจัดเก็บข้อมูล

เพื่อให้บรรลุผลลัพธ์นี้ นักวิทยาศาสตร์ ที่ MIT ได้ใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์ที่เรียกว่า FIB SEM tomography ซึ่งทำให้สามารถสังเกตเครือข่ายนาโนคาร์บอนภายในคอนกรีตได้ด้วยความละเอียดสามมิติที่สูงมาก

สิ่งนี้ทำให้พวกเขาเข้าใจมากขึ้นว่าอนุภาคคาร์บอนแบล็กจับตัวกับซีเมนต์และก่อตัวเป็นระบบนำไฟฟ้าได้อย่างไร เมื่อปรับปรุงในระดับนาโน พื้นที่ผิวจะเพิ่มขึ้น ทำให้วัสดุสามารถกักเก็บประจุได้มากขึ้น

ทีมวิจัยยังได้ทดสอบสารละลายอิเล็กโทรไลต์ชนิดต่างๆ อีกด้วย การผสมผสานระหว่างเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีและตัวทำละลายอะซีโตไนไตรล์ที่นำไฟฟ้าได้ก่อให้เกิดสภาพแวดล้อมทางเคมีไฟฟ้าที่เสถียร ส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

มีการเพิ่มอิเล็กโทรดที่หนาขึ้นเพื่อขยายความจุในการจัดเก็บโดยไม่ต้องผ่านการประมวลผลภายหลัง

คาดว่าความหนาแน่นพลังงานของ ec3 ในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 200 วัตต์ชั่วโมง/ลูกบาศก์ ^เมตร ซึ่งสูงกว่าวัสดุก่อสร้างทั่วไปมาก ด้วยประสิทธิภาพนี้ ผนัง ec3 เพียงไม่กี่บล็อกในอพาร์ตเมนต์ก็เพียงพอที่จะกักเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้สำหรับการอยู่อาศัยระยะสั้น

เมื่อคอนกรีตสามารถสัมผัสและตอบสนองได้

นอกจากการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าแล้ว ec3 ยังสามารถ “รับรู้” และตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมได้อีกด้วย ในการทดลองหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างแบบจำลองโดมขนาดเล็กด้วย ec3 ซึ่งมีพลังงานไฟฟ้าเพียงพอที่จะให้แสงสว่างแก่หลอด LED 9V

ec3 ไม่เพียงแต่กักเก็บไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังสามารถ "รับรู้" และตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมได้อีกด้วย (ภาพ: MIT)

เมื่อมีการใช้งานโหลด แสงที่ส่งออกจะเปลี่ยนแปลงไปตามแรงที่กระทำ ซึ่งบ่งบอกว่าแรงดันไฟฟ้ามีการผันผวนตามไปด้วย

ดร. แอดเมียร์ มาซิค ผู้อำนวยการร่วมของศูนย์วิจัย ec3 กล่าวว่า หากโดม ec3 ขนาดเต็มถูกลมแรงหรือโหลดที่ผิดปกติพัดถล่ม กำลังไฟฟ้าจะผันผวน ซึ่งสัญญาณนี้สามารถนำมาใช้ตรวจสอบสภาพของโครงสร้างได้แบบเรียลไทม์

เทคโนโลยีนี้เปิดโอกาสให้อาคารสามารถแจ้งเตือนตัวเองได้เมื่อเกิดการแตกร้าว สั่นสะเทือน หรือรับน้ำหนักเกิน โครงสร้างแต่ละส่วนจะไม่ใช่แค่บล็อกคอนกรีตแบบคงที่ แต่เป็นระบบวัสดุ “อัจฉริยะ” ที่สามารถตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมได้

ก้าวไปข้างหน้าเพื่อพลังงานสะอาดและโครงสร้างพื้นฐานที่ยั่งยืน

การมาถึงของ ec3 เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ โลก กำลังต้องการโซลูชันการกักเก็บพลังงานหมุนเวียนอย่างเร่งด่วน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีประสิทธิภาพสูงแต่มีราคาแพง รีไซเคิลได้ยาก และต้องพึ่งพาโลหะหายาก

ในขณะเดียวกัน คอนกรีตมีราคาถูก ทนทาน หาได้ง่าย และสามารถผลิตได้จำนวนมากโดยไม่ก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากนัก

MIT หวังว่า ec3 จะสามารถรวมเข้ากับฐานรากบ้าน กำแพง ทางเท้า หรือทางหลวง เพื่อจัดเก็บไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์และกังหันลมได้

เมื่อมีพลังงานส่วนเกิน ระบบจะกักเก็บพลังงานไว้และปล่อยออกเมื่อมีความต้องการสูง ในญี่ปุ่น เทคโนโลยีนี้ได้รับการทดสอบเพื่อให้ความร้อนแก่ทางเท้าในซัปโปโรเพื่อช่วยละลายน้ำแข็งในฤดูหนาว

หากมีการนำเข้าสู่เชิงพาณิชย์ ec3 จะสามารถเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานในเมืองทั้งหมดให้กลายเป็นเครือข่ายแบตเตอรี่แบบกระจาย ส่งผลให้โครงข่ายไฟฟ้าแห่งชาติมีความเสถียรและลดการพึ่งพาพลังงานฟอสซิล

MIT ยอมรับว่า ec3 ยังคงไม่สามารถเทียบเคียงได้กับแบตเตอรี่เชิงพาณิชย์ในแง่ของความหนาแน่นของพลังงาน แต่ก็เปิดประตูสู่อนาคตที่คอนกรีตไม่เพียงแต่เป็นวัสดุรับน้ำหนักเท่านั้น แต่ยังเป็นส่วนหนึ่งของระบบพลังงานอีกด้วย

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