Цемент, сажа і вода: вчені винайшли "бетонну батарею", здатну живити весь будинок

Фахівці з Массачусетського технологічного інституту стверджують, що знайшли новий спосіб зберігання енергії, використовуючи лише цемент, трохи води та порошкоподібну сажу — кристалічну форму цього елемента, пишуть науковці у своїй опублікованій роботі. Вони стверджують, що 45 кубічних метрів легованого технічним вуглецем цементу можуть мати достатню місткість для зберігання 10 кіловат-годин енергії — приблизно стільки, скільки середнє домашнє господарство використовує на день.

Блок цементу такого розміру матиме довжину приблизно 3,5 метрів з кожного боку, і, залежно від розміру будинку, блок теоретично може зберігати всю енергію, що знадобиться автономному будинку з використанням поновлюваних джерел енергії. А ще матеріали можна вміло комбінувати для створення суперконденсаторів, які могли б заряджати автомобілі, і слугувати основою для вітряних турбін та інших систем відновлюваної енергії — і все це за умови збереження дивовижної кількості енергії, стверджує команда.

Як працює "батарея з цементу"

У той час як звичайні батареї покладаються на перетворення хімічної енергії в електростатичний заряд, конденсатори зберігають енергію в електричних полях між двома провідними пластинами, зануреними в електроліт і розділеними мембраною. Суперконденсатори — більша і потужніша версія конденсаторів — працюють аналогічно.

Місткість конденсатора або суперконденсатора значною мірою визначається площею поверхні його пластин, і дослідники Массачусетського технологічного інституту пояснили, що матеріал, який вони досліджували, має винятково велику площу внутрішньої поверхні завдяки тому, як взаємодіють сажа і вода.

"Реакції гідратації цементу в присутності вуглецю створюють фракталоподібну електропровідну вуглецеву мережу, яка пронизує несучу матрицю на основі цементу", — зазначають автори. По суті, блок цього багатого на вуглець цементу має високопровідні нитки з сажі, що проходять через нього і різко збільшують площу поверхні та, отже, місткість.

У міру затвердіння суміші вода вбирається в цемент. Вуглецева сажа, що має високу гідрофобність, не може бути розсіяна в такий самий спосіб, тому сажа самозбирається в з'єднаний провідний матеріал.

Лише 3% суміші має складатися з сажі, щоб затверділий цемент діяв як суперконденсатор, але дослідники виявили, що суміш із 10% сажі здається ідеальною. За перевищення цього співвідношення цемент стає менш стабільним, а це не те, що вам потрібно у фундаменті або стінах будівлі. Команда зазначає, що неструктурне використання може забезпечити більш високі концентрації сажі та, отже, більш високу місткість зберігання енергії.

Коли з'являться такі батареї

Команда Массачусетського технологічного інституту заявила, що її нову технологію легко створити і масштабувати. Для остаточного створення технології потрібна спільна робота вчених-матеріалознавців, інженерів-електриків, інженерів-будівельників і архітекторів, а це непросте завдання.

Протягом шести місяців команда дослідників хоче створити еквівалент автомобільного акумулятора на 12 В, який слугуватиме своєрідною енергетичною цеглою. Якщо все піде успішно, перший прототип енергонезалежного будинку може бути побудований приблизно через півтора року.

У більш загальному плані, на думку дослідників, знадобиться десятиліття, перш ніж технологія зможе бути повністю реалізована. І це за умови, що всі гравці, як-от будівельна галузь, енергетичні оператори та державні регулювальні органи, зможуть діяти злагоджено.

Раніше Фокус розповідав, що вчені хочуть створити батарею "розміром з будинок", яка зможе заряджати саму себе за допомогою гравітації. Проєкт дивовижного акумулятора небаченої конструкції вже створюють у США і в Китаї.