Beton przewodzący prąd – nowy kierunek w magazynowaniu energii
Beton od wieków buduje nasz świat, a teraz może również go zasilać. Zespół naukowców z amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracował przewodzący prąd beton (electron-conducting carbon concrete, ec3), wykorzystujący cement, wodę, ultradrobny węgiel oraz elektrolity. W efekcie powstaje przewodząca „nanosiatka”, umożliwiająca magazynowanie i oddawanie energii przez elementy konstrukcyjne, takie jak ściany czy chodniki.
Dziesięciokrotnie większa pojemność dzięki nowym elektrolitom
Jak podano w najnowszej publikacji zespołu MIT, zoptymalizowane elektrolity i procesy produkcyjne pozwoliły zwiększyć pojemność magazynowania energii przez ec3 aż dziesięciokrotnie. W 2023 roku, do zmagazynowania energii wystarczającej dla przeciętnego gospodarstwa domowego potrzebne było ok. 45 m3 takiego betonu. Obecnie, dzięki ulepszeniom, wystarczy ok. 5 m3 – objętość typowej ściany piwnicy.
„Kluczem do zrównoważonego rozwoju betonu jest tworzenie materiałów wielofunkcyjnych, integrujących magazynowanie energii, samonaprawę czy sekwestrację dwutlenku węgla. Skoro beton jest najczęściej używanym materiałem budowlanym na świecie, warto wykorzystać tę skalę dla dodatkowych korzyści.” – Admir Masic, współdyrektor ECł Hub i profesor MIT
Nanosiatka i nowe zastosowania
Zaawansowane techniki obrazowania pozwoliły naukowcom z MIT zrekonstruować strukturę przewodzącej nanosiatki wewnątrz betonu. Okazało się, iż sieć ta ma strukturę fraktalną i otacza pory betonu, umożliwiając przepływ prądu oraz wnikanie elektrolitów.
„Zrozumienie, jak materiały samoorganizują się w skali nano, jest najważniejsze dla uzyskania nowych funkcjonalności.” – Admir Masic
Eksperymenty wykazały, iż do ec3 można stosować szeroki zakres elektrolitów – choćby wodę morską, co otwiera perspektywy wykorzystania w infrastrukturze przybrzeżnej, np. w konstrukcjach wspierających farmy wiatrowe offshore.
Nowa metoda produkcji i praktyczne osiągnięcia
Nowatorskie podejście polegało na dodawaniu elektrolitu bezpośrednio do mieszanki betonowej, co umożliwiło tworzenie grubszych elektrod i zwiększenie pojemności. Największą wydajność uzyskano przy zastosowaniu elektrolitów organicznych, m.in. soli czwartorzędowych amoniowych i acetonitrylu. Jeden metr sześcienny takiego betonu może magazynować ponad 2 kWh energii – ilość wystarczającą do zasilenia lodówki przez dobę.
Potencjał architektoniczny i monitoring konstrukcji
Betonowy superkondensator może być zintegrowany z różnymi elementami architektonicznymi i działać przez cały cykl życia budynku. Zespół MIT zbudował choćby miniaturowy łuk z ec3, który pod obciążeniem zasilał diodę LED. Zauważono, iż przy zwiększaniu obciążenia światło migotało, co może wskazywać na potencjał do monitorowania stanu konstrukcji w czasie rzeczywistym.
Realne wdrożenia i perspektywy rozwoju
Nowa technologia została już wykorzystana do ogrzewania płyt chodnikowych w Sapporo (Japonia), co może stanowić alternatywę dla tradycyjnego posypywania solą. Naukowcy z MIT podkreślają, iż rozwój tej technologii może przyczynić się do transformacji energetycznej, umożliwiając magazynowanie energii z OZE w elementach infrastruktury, a choćby ładowanie pojazdów elektrycznych na parkingach czy drogach.
„Najbardziej ekscytujące jest to, iż pokazaliśmy, iż materiał tak stary jak beton może zyskać zupełnie nowe funkcje.” – James Weaver, współautor publikacji i profesor Cornell University
Źródło: MIT News
