Электрический цемент может превратить фундамент зданий в гигантские аккумуляторы
Учёные постоянно ищут лучшие способы хранения возобновляемой энергии, и вот исследователи Массачусетского технологического института нашли способ превратить цемент при помощи одного давно известного материала в гигантский суперконденсатор. Исследование опубликовано в журнале PNAS.
Потенциально такой электрифицированный цемент может превратить фундаменты зданий и дороги в аккумуляторы.
Для создания нового вещества группа специалистов из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета смешала цемент, воду и технический углерод (по сути, сажу) — материал, напоминающий древесный уголь, который образуется в результате неполного сгорания топлива.
«Полученный материал поражает воображение, поскольку в нём есть самый используемый человеком материал в мире — цемент, который сочетается с сажей, также хорошо известной в нашей истории — с её помощью были написаны свитки Мёртвого моря», — говорит Адмир Масич, материаловед из Массачусетского технологического института. «Мы взяли есть эти материалы, которым по меньшей мере два тысячелетия, и при их соединении особым образом мы получаем проводящий нанокомпозит, и вот тогда всё становится действительно интересным».
Частицы сажи скапливаются в пустотах, остающихся после поглощения воды цементом, и образуют в цементе усики, напоминающие провода. Это способствует повышению электропроводности, а значит, модифицированный цемент может работать в качестве суперконденсатора — источника энергии, который работает аналогично аккумулятору, но накапливает и отдаёт электрическую энергию гораздо быстрее.
В этот материал можно добавить стандартный электролит, например, хлорид калия, который обеспечивает разделение заряженных частиц, что позволяет суперконденсатору накапливать и отдавать энергию.
В настоящее время такие цементные конденсаторы имеют относительно небольшие размеры, их мощности достаточно для того, чтобы зажечь несколько светодиодных лампочек. Однако используемые материалы дёшевы и доступны, и в теории процесс должен быть достаточно масштабируемым. Команда хочет создать такое устройство размером примерно с автомобильный аккумулятор.
По мнению исследователей, дом с фундаментом из суперконденсаторного цемента может накапливать энергию, достаточную для питания дома в течение суток, причём энергия может быть получена из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер.
Эту смесь можно также использовать на дорогах для питания проезжающих по ним электромобилей (эта идея рассматривается в рамках нескольких исследовательских проектов). Существует компромисс между ёмкостью накопителя и прочностью конструкции, но цемент можно адаптировать для различных случаев использования в зависимости от необходимости.
«Эти свойства указывают на возможность использования этих структурных бетоноподобных суперконденсаторов для хранения объёмной энергии как в бытовых, так и в промышленных приложениях — от энергоавтономных убежищ и самозаряжающихся дорог для электромобилей до накопителей периодически вырабатываемой энергии ветряков», — пишут исследователи в своей работе.
