Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) разработали уникальный метод превращения цемента в проводник, что позволяет создавать бетонные аккумуляторы.
Цемент, основной компонент бетона, крайне плохо проводит электричество. Но это меняется, если добавить в него технический углерод. Этот новый проводящий материал может быть использован для создания ионисторов - эффективных устройств для накопления электрического заряда.
Как это работает?
Ионисторы, также известные как суперконденсаторы, представляют собой простые и эффективные устройства, занимающие промежуточное положение между обычными конденсаторами и химическими аккумуляторами. Подобно конденсаторам, ионисторы имеют проводящие электроды, называемые "обкладками". Подобно аккумуляторам, между электродами ионистора находится проводящий электролит, разделенный мембраной, пропускающей ионы. Подача напряжения на электроды позволяет накапливать заряды, разделяя их по разные стороны мембраны. Использование несгораемых электролитов делает такие устройства безопасными.
Для создания бетонной батареи команда MIT смешала цемент с небольшим количеством технического углерода (мелкой графитовой пыли) и добавили в состав воду. Цемент хорошо взаимодействует с водой, а углерод, будучи гидрофобным, формирует сгустки и нити. Таким образом, внутри затвердевшего материала образовалась проводящая сеть.
Так были созданы бетонные электроды, между которыми ученые разместили мембраны и добавили электролит (хлорид калия). В результате получился небольшой ионистор, размером примерно с пуговицу, который был успешно протестирован, запитав светодиод.
Технологию можно легко масштабировать. Например, если создать бетонную батарею объемом около 45 кубометров (объем фундамента частного дома среднего размера), то она сможет хранить около 10 киловатт-часов энергии.
Для производства бетонных аккумуляторов используются дешевые и широко доступные материалы. Также процесс легко интегрировать в существующее производство бетонных изделий.
По словам ученых, если подход удастся масштабировать, то почти любое строительное сооружение, включая дороги или фундаменты зданий, можно будет превратить в накопитель энергии. Ученые уже запатентовали технологию и ищут способ ее коммерческого применения.
Исследование опубликовано в журнале PNAS.
