Бетон є одним із символів індустріальної епохи. Зараз Массачусетський технологічний інститут (MIT) «переосмислює» його як нове джерело енергії.
1 м3 бетону може накопичувати 2 кВт·год електроенергії, чого достатньо для роботи холодильника протягом 24 годин. Це досягнення відкриває перспективу майбутніх будівель, які зможуть виробляти, накопичувати та постачати власну електроенергію.
Від будівельних матеріалів до пристроїв накопичення енергії
Бетон – це матеріал, який асоціюється з усіма конструкціями, від будинків і мостів до висотних будівель.
Команда MIT перетворює його на «енергетичний пристрій». Новий бетон під назвою ec3, що розшифровується як електронопровідний вуглецевий бетон, виготовляється з цементу, води та сажі – матеріалу з високою провідністю.
На відміну від звичайного бетону, ec3 може діяти як суперконденсатор. Після змішування, формування та затвердіння бетонний блок занурюють у розчин електроліту, який дозволяє зарядженим іонам проникати у вуглецеву мережу.
Новий тип бетону називається ec3, що розшифровується як електронопровідний вуглецевий бетон (Фото: MIT).
Два електроди ec3, розділені тонким ізоляційним шаром, створять структуру, здатну накопичувати електрику.
Після двох років оптимізації дослідницька група збільшила ємність ec3 майже в 10 разів порівняно з першою версією, анонсованою у 2023 році. 1 м3 матеріалу тепер може зберігати понад 2 кВт·год, чого достатньо для роботи холодильника протягом цілого дня.
Розшифрування ключової наноструктури для збільшення ємності зберігання
Щоб досягти цього результату, вчені з Массачусетського технологічного інституту використали метод мікроскопії під назвою FIB SEM-томографія, який дозволяє спостерігати нановуглецеві мережі всередині бетону з надзвичайно високою тривимірною роздільною здатністю.
Це дало їм краще розуміння того, як частинки сажі зв'язуються з цементом і утворюють провідну систему. При подрібненні на нанорівні площа поверхні збільшується, що дозволяє матеріалу утримувати більше заряду.
Команда також протестувала різні розчини електролітів. Поєднання четвертинної амонієвої солі та провідного розчинника ацетонітрилу створило стабільне електрохімічне середовище, що призвело до значного збільшення щільності енергії.
Товстіші електроди додаються для збільшення ємності зберігання без подальшої обробки.
За оцінками, щільність енергії ec3 наразі становить близько 200 Вт·год/ м³ , що значно вище, ніж у звичайних будівельних матеріалів. Завдяки такій ефективності лише кількох блоків стін ec3 у квартирі достатньо для короткочасного зберігання електроенергії.
Коли бетон може відчувати та реагувати
Окрім накопичення електроенергії, ec3 також може «відчувати» навколишнє середовище та реагувати на нього. В одному експерименті вчені побудували невелику модель купола з ec3, достатньої кількості електроенергії для запалювання 9-вольтового світлодіода.
ec3 не лише накопичує електроенергію, але й може «відчувати» навколишнє середовище та реагувати на нього (Фото: MIT).
Коли вони прикладали навантаження, світловий потік змінювався залежно від прикладеної сили, що свідчить про відповідні коливання напруги.
Доктор Адмір Масіч, співдиректор дослідницького центру ec3, сказав, що якщо повнорозмірний купол ec3 зазнає ударів сильного вітру або незвичайних навантажень, його вихідна потужність коливатиметься. Цей сигнал можна використовувати для моніторингу стану конструкції в режимі реального часу.
Ця технологія відкриває перспективу будівництва будівель, які можуть самі себе попереджати про тріщини, вібрацію або перевантаження. Кожна конструкція буде не просто статичним бетонним блоком, а «розумною» матеріальною системою, яка зможе реагувати на навколишнє середовище.
Кроки вперед для чистої енергії та сталої інфраструктури
Поява ec3 відбувається в той час, коли світ гостро потребує рішень для зберігання відновлюваної енергії. Літій-іонні акумулятори є високоефективними, але дорогими, важко переробляються та залежать від рідкісних металів.
Тим часом, бетон дешевий, міцний, широкодоступний і може вироблятися масово, не спричиняючи значного впливу на навколишнє середовище.
Массачусетський технологічний інститут сподівається, що ec3 можна буде інтегрувати у фундаменти будинків, стіни, тротуари або дорожнє полотно для зберігання електроенергії від сонячних панелей та вітрових турбін.
Коли є надлишок енергії, система накопичує її та вивільняє, коли попит високий. У Японії цю технологію випробували для обігріву тротуарів у Саппоро, щоб допомогти розтопити зимовий лід.
Якщо ec3 буде комерціалізовано, він може перетворити всю міську інфраструктуру на розподілену мережу акумуляторів, що сприятиме стабілізації національної мережі та зменшенню залежності від викопного палива.
Массачусетський технологічний інститут визнає, що ec3 все ще не зрівняється з комерційними батареями за щільністю енергії, але це відкриває двері в майбутнє, де бетон буде не просто несучим матеріалом, а й частиною енергетичної системи.
Джерело: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/chung-cu-co-the-la-khoi-pin-khong-lo-trong-tuong-lai-20251014080130790.htm
Коментар (0)