Цемент, вода и углерод: ученые придумали, как встроить "аккумулятор" прямо в дорогу или дом
Сохраненная энергия сможет обеспечивать дома электричеством, а электромобили энергией прямо во время езды.
Инженеры Массачусетского технологического института создали суперконденсатор из цемента, воды и технического углеродв, который может служить своеобразным аккумулятором для хранения огромных запасов энергии. Об этом сообщает Sci tech Daily.
Согласно опубликованному исследованию ученых, два самых распространенных исторических материала человечества, цемент и технический углерод (который напоминает очень мелкий древесный уголь), могут стать основой для новой, недорогой системы хранения энергии. Эта технология может облегчить использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и приливная энергия, позволяя энергетическим сетям иметь запас электричества на случай блэкаута.
В целом, количество энергии, которую может хранить любой существующий конденсатор, зависит от общей площади поверхности его проводящих пластин. Ключом к новым суперконденсаторам, разработанным этой командой, является метод производства материала на основе цемента с чрезвычайно высокой площадью внутренней поверхности благодаря плотной взаимосвязанной сети проводящего материала в его объеме. Исследователи добились этого, добавив технический углерод, обладающий высокой проводимостью, в бетонную смесь вместе с цементным порошком и водой и позволив ей затвердеть. Вода естественным образом образует разветвленную сеть отверстий внутри конструкции, вступая в реакцию с цементом, а углерод мигрирует в эти пространства, образуя проволочные структуры внутри затвердевшего цемента.
В итоге получился конденсатор с фрактальной структурой: из более крупных "ветвей" прорастают более мелкие "ветки", и так далее, в результате чего получается чрезвычайно большая площадь поверхности в пределах относительно небольшого объема. Затем материал пропитывают стандартным электролитом, таким как хлорид калия, который помогает накапливать заряженные частицы на углеродных структурах. Исследователи обнаружили, что два электрода из этого материала, разделенные тонким пространством или изолирующим слоем, образуют очень мощный суперконденсатор.
По словам ученых подобные суперконденсаторы обладают огромным потенциалом для перехода на возобновляемые источники энергии, ведь существующие батареи слишком дороги и основаны на литии, который стоит недешево для хранения больших объемов энергии.
Команда подсчитала, что блок бетона, легированного наноуглеродной сажей, размером 45 кубических метров (эквивалент куба диаметром около 3,5 метров) будет иметь достаточную мощность для хранения около 10 киловатт-часов энергии, что составляет среднесуточное потребление электроэнергии одним домохозяйством. Поскольку бетон сохранит свою прочность, дом с фундаментом из этого материала сможет хранить дневной запас энергии, вырабатываемой солнечными батареями. Кроме того, суперконденсаторы можно заряжать и разряжать гораздо быстрее, чем батареи.
А еще подобные суперконденсаторы можно встраивать при прокладке новых автомобильных дорог. Тогда трассы и шоссе смогут хранить энергию, вырабатываемую солнечными панелями вдоль них, а затем заряжать электромобили с помощью беспроводной зарядки, как в случае и со смартфонами.
Ранее Фокус рассказывал, что ученые хотят получать энергию прямо из сточных вод. Для этой цели они будут использовать создали специальных биоэлектрических микробов.