Samoléčení „betonové baterie“ nyní 10krát lepší-mohou jednodenní energie měst, vědci říkají
Vědci MIT vylepšili desetkrát nový typ „betonové baterie“ a připravili cestu pro jeho použití při přeměně budov, mostů a chodníků do obřích energetických obchodů schopných napájení celých měst.
Materiál se nazývá uhlíkový beton navozující elektrony-nebo EC³-a je vyroben kombinováním cementu, vody, běžného kapalného elektrolytu a extrémně jemného uhlíkového prášku zvaného nanočástice černá.
Po smíchání dohromady vytvářejí složky hustou vodivou síť schopnou nést elektrický náboj. Po nastavení do betonu je materiál a cokoli z něj postavené (ať už se jedná o budovy a mosty nebo chodníky), je schopen podle potřeby ukládat a uvolňovat energii.
Je to koncept známý jako supercapacitivní skladování energie a vědci doufají, že může nabídnout životaschopné řešení jednomu z obnovitelná energieNejvětší výzvy: jmenovitě, jak ukládat sílu lokálně, když slunce nevídá nebo vítr nefunguje.
V nové studii zveřejněné 29. září v časopise Sborník Národní akademie věd (PNAS)Vědci uvedli, že od roku 2023 dosáhli desetinásobného zvýšení kapacity pro skladování energie v EC³. Fivekubické metry (176,5 krychlových stop) materiálu mohou nyní ukládat více než 10 kilowatthodin elektřiny-přibližně k napájení typické domácnosti na jeden den.
Jen před dvěma lety by dosažení této úrovně úložiště vyžadovalo devětkrát více objemu, řekl tým.
„S těmito vyššími energetickými hustotami a prokázanou hodnotou v širším aplikačním prostoru máme nyní výkonný a flexibilní nástroj, který nám může pomoci řešit širokou škálu přetrvávajících energetických problémů,“ hlavní autor studie Damian StefaniukVědec na MIT, řekl v a prohlášení.
„Jednou z našich největších motivací bylo pomoci umožnit přechod obnovitelné energie. Solární energie například prošla dlouhou cestu z hlediska účinnosti. Může však generovat energii, pouze pokud je dostatek slunečního světla. Otázka se tedy stává: Jak splňujete své potřeby energie v noci nebo za oblačné dny?“
Stavební baterie
Zatímco EC³ neodpovídá hustotě energie tradičních technologií baterií jako lithium-ion (který zabalí stokrát více energie do stejné hmotnosti nebo objemu), skutečnost, že může být odhozena přímo do stavebních komponent a může trvat tak dlouho, jak samotná struktura, bez spoléhat se na vzácné nebo toxické materiályDělá to obzvláště atraktivní pro vědce.
Nová zvýšení výkonu pocházela z lepšího porozumění interakci mezi uhlíkovou sítí uvnitř betonu a elektrolytu a od změn až po provedení materiálu.
Spíše než namáčení desek materiálu v elektrolytu Poté, co se ztuhla, vědci přidali elektrolyt přímo do vody použité v počáteční směsi. To umožnilo produkci silnějších a energeticky hustých desek bez ohrožení vodivosti.
Tým také testoval různé typy elektrolytů, včetně mořské vody, a našel několik životaschopných možností. Nejlepší výsledky pocházely ze směsi kvartérních amonných solí – používaných v dezinfekčních prostředcích domácnosti – a acetonitrilu, vodivého rozpouštědla společného v průmyslových procesech.
Napájení bloku
Nejzajímavějším vědcům byla uvědomění si, že to bylo jen malé změny v tom, jak je beton vyroben na výrobu EC³. Toto potenciálně otevírá obrovské příležitosti v udržitelné konstrukci, kde by se materiál mohl použít k vývoji toho, co vědci nazývají „multifunkční beton“, který může ukládat energii, absorbovat oxid uhličitý z atmosféry a dokonce se opravit.
Materiál již byl v Japonsku testován na zahřívání chodníků za zasněžených podmínek a nabízí potenciální alternativu k silniční soli. Tým nyní pracuje na aplikacích v reálném světě, od domů, které provozují mimo síť po parkovací místa a silnice, které by se jednoho dne mohly nabit elektrická vozidla.
„Co nás nejvíce vzrušuje, je to, že jsme si vzali materiál tak starodávný jako konkrétní a ukázali, že dokáže udělat něco zcela nového,“ spoluautor studie James WeaverVe svém prohlášení uvedl docent vědy a inženýrství materiálů na Cornell University.
„Kombinací moderní nanovědy se starověkým stavebním blokem civilizace otevíráme dveře do infrastruktury, která nepodporuje naše životy, ale pohánějí je.“
