Цемент, сажа и вода: ученые изобрели "бетонную батарею", способную питать весь дом

Специалисты из Массачусетского технологического института утверждают, что нашли новый способ хранения энергии, используя только цемент, немного воды и порошкообразную сажу — кристаллическую форму этого элемента, пишут ученые в своей опубликованной работе. Они утверждают, что 45 кубических метров легированного техническим углеродом цемента могут иметь достаточную емкость для хранения 10 киловатт-часов энергии — примерно столько, сколько среднее домашнее хозяйство использует в день.

Блок цемента такого размера будет иметь длину около 3,5 метров с каждой стороны, и, в зависимости от размера дома, блок теоретически может хранить всю энергию, которая потребуется автономному дому с использованием возобновляемых источников энергии. А еще материалы можно умело комбинировать для создания суперконденсаторов, которые могли бы заряжать автомобили, и служить основой для ветряных турбин и других систем возобновляемой энергии — и все это при сохранении удивительное количество энергии, утверждает команда.

Как работает "батарея из цемента"

В то время как обычные батареи полагаются на преобразование химической энергии в электростатический заряд, конденсаторы хранят энергию в электрических полях между двумя проводящими пластинами, погруженными в электролит и разделенными мембраной. Суперконденсаторы — более крупная и мощная версия конденсаторов — работают аналогично.

Емкость конденсатора или суперконденсатора в значительной степени определяется площадью поверхности его пластин, и исследователи Массачусетского технологического института объяснили, что материал, который они исследовали, имеет исключительно большую площадь внутренней поверхности благодаря тому, как взаимодействуют сажа и вода.

"Реакции гидратации цемента в присутствии углерода создают фракталоподобную электропроводящую углеродную сеть, которая пронизывает несущую матрицу на основе цемента", — отмечают авторы. По сути, блок этого богатого углеродом цемента имеет высокопроводящие нити из сажи, проходящие через него, которые резко увеличивают площадь поверхности и, следовательно, вместимость.

По мере затвердевания смеси вода впитывается в цемент. Углеродная сажа, обладающая высокой гидрофобностью, не может быть рассеяна таким же образом, поэтому сажа самособирается в соединенный проводящий материал.

Всего 3% смеси должно состоять из сажи, чтобы затвердевший цемент действовал как суперконденсатор, но исследователи обнаружили, что смесь с 10% сажи кажется идеальной. При превышении этого соотношения цемент становится менее стабильным, а это не то, что вам нужно в фундаменте или стенах здания. Команда отмечает, что неструктурное использование может обеспечить более высокие концентрации сажи и, следовательно, более высокую емкость хранения энергии.

Когда появятся такие батареи

Команда Массачусетского технологического института заявила, что ее новую технологию легко создать и масштабировать. Для окончательного создания технологии требуется совместная работа ученых-материаловедов, инженеров-электриков, инженеров-строителей и архитекторов, а это непростая задача.

В течение шести месяцев команда исследователей хочет создать эквивалент автомобильного аккумулятора на 12 В, который будет служить своеобразным энергетическим кирпичом. Если все пойдет успешно, первый прототип энергонезависимого дома может быть построен примерно через полтора года.

В более общем плане, по мнению исследователей, потребуется десятилетие, прежде чем технология сможет быть полностью реализована. И это при условии, что все игроки, такие как строительная отрасль, энергетические операторы и государственные регулирующие органы, смогут действовать слажено.

Ранее Фокус рассказывал, что ученые хотя создать батарея "размером с дом", которая сможет заряжать саму себя с помощью гравитации. Проект удивительного аккумулятора невиданной конструкции уже создают в США и в Китае.