Евтино и мощно: Новата бетонна батерия постигна десетократно увеличение на ефективността

Електропроводимият въглероден бетон, създаден от американски експерти, създава електропроводима мрежа от наночастици и електролити в конвенционален строителен материал. В резултат на това конвенционалните бетонни структури могат да съхраняват и освобождават електричество. Днес вече един кубичен метър „електрически бетон“ може да съхранява повече от 2 kWh енергия. С други думи, стените, тротоарите и мостовете около нас един ден могат да се превърнат в гигантски и дълготрайни батерии.

„Ключът към устойчивото развитие на бетона е да се разработи многофункционален бетон, който съчетава функциите на съхранение на енергия, самовъзстановяването и поглъщането на въглерод. Бетонът вече е най-разпространеният строителен материал в света, така че защо да не се възползваме от това предимство, за да създадем други възможности?“ – пита Адмир Масич от Масачузетския технологичен институт, водещ автор на изследването.

Неотдавнашните открития в областта на електролитите и напредъкът в производствените процеси увеличиха енергийния капацитет на най-новите „електробетонни“ суперкондензатори с порядъци. През 2023 г. ще са необходими около 45 куб. м от този строителен материал, за да се съхранява достатъчно енергия за задоволяване на ежедневните нужди на един средностатистически дом. Това е достатъчно, за да се построи едно средностатистическо мазе, пише MIT News. Сега, с подобрения електролит, ще са достатъчни около 5 кубически метра от новия бетон.

Повишената енергийна плътност е станала възможна благодарение на по-доброто разбиране на начина, по който функционира и взаимодейства с електролитите мрежата от нановъглеродни сажди.

Чрез използване на фокусирани йонни лъчи за последователно отстраняване на тънките слоеве от материала и след това визуализиране на всеки отрязък със сканиращ електронен микроскоп, екипът от учени е успял да създаде проводяща нановъглеродна мрежа с най-високата резолюция до момента. Този подход позволи на екипа да открие, че мрежата по същество представлява фрактална „мрежа“, обграждаща порите на бетона, която дава възможност на електролита да прониква и да провежда ток.

Въоръжени с това ново прозрение, учените провеждат серия от експерименти с различни електролити и техните концентрации, за да разберат как те влияят върху плътността на съхранение на енергия. Те установиха, че има широк спектър от електролити, които биха могли да бъдат подходящи кандидати за „електробетона“. По-конкретно, дори морската вода, която би могла да бъде полезна за изграждане на носещи конструкции за офшорни вятърни паркове.

Покрай това екипът оптимизира начина на добавяне на електролитите към сместа. Вместо да втвърдяват електродите и след това да ги потапят в електролит, те добавят електролита директно към водата за смесване. Тъй като проникването на електролита вече не е проблем, става възможно да се оформят по-дебели електроди, които съхраняват повече енергия.

Най-добри резултати учените постигат, като преминават към органични електролити, особено такива, които комбинират четвъртични амониеви соли с ацетонитрил – прозрачна проводяща течност. Един кубичен метър от този вариант на „електрически бетон“ може да съхранява повече от 2 kWh енергия. Това е достатъчно, за да захрани един хладилник за един ден.

Въпреки че батериите съхраняват по-голяма плътност на енергията, „електробетонът“ по принцип може да се вгражда директно в най-различни архитектурни елементи – от плочи и стени до куполи и сводове – и ще издържи толкова дълго, колкото и самата структура.