Magazynowanie energii w cemencie
Magazynowanie energii w cemencie – to jest możliwe!
Grafen i nanorurki węglowe kluczem
Jak to działa?
Magazynowanie energii w cemencie - to jest możliwe!
Nowa technologia może pomóc nam zmniejszyć naszą zależność od paliw kopalnych. Energię elektryczną możemy pozyskiwać z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna i wiatr. Następnie możemy magazynować ją w odpowiednim materiale i wykorzystywać do zasilania domów i budynków w nocy lub w dzień, kiedy nie ma słońca lub wiatru. Magazynowanie energii w cemencie – bo o takowym wynalazku mówimy – opieramy na koncepcji wykorzystania betonu do magazynowania energii elektrycznej. Beton jest materiałem trwałym, niedrogim i dostępnym w dużej ilości. Specjaliści wzbogacili go o materiały, które umożliwiają magazynowanie energii elektrycznej. Przełomowego odkrycia dokonali naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Uniwersytetu Harvarda w USA. Pomysł ten został opublikowany w czasopiśmie „The Proceedings of the National Academy of Sciences” (DOI: 10.1073/pnas.2304318120).
Grafen i nanorurki węglowe kluczem
Naukowcy na całym świecie od lat próbują wyprodukować taki materiał budowlany, który byłby zdolny do magazynowania energii. Niestety cement – główny składnik betonu – sam w sobie jest słabym przewodnikiem elektrycznym. Całkiem niedawno kilka zespołów badawczych, stworzyło strukturalny superkondensator. Superkondensator to urządzenie magazynujące energię, w którym wykorzystujemy pole elektrostatyczne do przechowywania energii elektrycznej. Urządzenia te są podobne do akumulatorów, ale mają znacznie wyższą pojemność. Możemy zatem przechowywać więcej energii na jednostkę objętości. Superkondensatory są również szybsze w ładowaniu i rozładowaniu niż akumulatory.
Właśnie dzięki wykorzystaniu strukturalnego superkondensatora, naukowcy wzbogacili cement w wysoce przewodzące formy węgla, takie jak grafen lub nanorurki węglowe. Chociaż działają one dobrze, składniki potrzebne do ich wytworzenia są drogie. Chcąc znaleźć tańsze rozwiązanie, badacze wpadli na pomysł, by wykorzystać sadzę, którą już w starożytności ludzie wykorzystywali jako czarny pigment. Sadza to produkt niepełnego spalania materiałów, które zawierają węgiel. Jej walorem jest użyteczność i dostępność na całym świecie. Fakt, że jest również wysoce przewodząca jest wiodącym atutem. Możemy więc dokładać ją do cementu, który stałby się wtedy przewodnikiem elektrycznym na skutek obecności przewodzącej energię sadzy.
Nasz materiał jest fascynujący, ponieważ mamy tu do czynienia z najczęściej używanym na świecie materiałem stworzonym przez człowieka, czyli cementem, który łączy się z sadzą, czyli kolejnym dobrze znanym z historii materiałem – za jego pomocą spisano Zwoje znad Morza Martwego
– mówi Admir Masic, materiałoznawca z MIT
Nowy materiał badacze nazwali „elektroporowatym betonem”. Jest on tani, łatwy w produkcji i możemy go wykorzystać do magazynowania dużych ilości energii. Elektroporowaty beton będzie używany do budowy domów a nawet mostów, które byłyby w stanie magazynować energię elektryczną wytwarzaną z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna i wiatr.Nowy materiał ma potencjał, aby zrewolucjonizować sposób, w jaki produkujemy i konsumujemy energię. Dzięki elektroporowatemu betonowi będziemy mogli zmniejszyć naszą zależność od paliw kopalnych i przyczynić się do ochrony środowiska.
Jak to działa?
Sadza jest dodawana do cementu, a następnie woda jest absorbowana przez cement. Woda tworzy puste przestrzenie w cementu, a sadza gromadzi się w tych przestrzeniach. Cząsteczki sadzy tworzą długie nitki, które są przewodnikami elektrycznymi. Tak zmodyfikowany cement staje się superkondensatorem. Superkondensatory magazynują energię elektryczną szybciej niż akumulatory. Mogą również ją szybciej zwalniać.Naukowcy pocięli przygotowany materiał na małe płytki o grubości 1 milimetra i szerokości 1 centymetra. Do płytek dodano membranę, elektrolit i wodę. Membrana pomaga utrzymać elektrolit na swoim miejscu, a elektrolit przewodzi prąd elektryczny. Kiedy do płytek podłączymy przewód i przestawimy przełącznik, płytki zaczynają magazynować i uwalniać energię elektryczną. Płytki z cementu z sadzą są obecnie dość niewielkie i mogą zasilać jedynie kilka żarówek LEDowych, ale naukowcy pracują nad ich skalowaniem.Technologia ta ma potencjał, aby zrewolucjonizować sposób, w jaki magazynujemy energię i może pomóc nam zmniejszyć naszą zależność od paliw kopalnych.
Nowy materiał wykonany z cementu, sadzy i wody ma potencjał w sposobie magazynowania energii. Jest tani, powszechnie dostępny i można go skalować do różnych rozmiarów. Naukowcy z MIT i Uniwersytetu Harvarda pracują nad zwiększeniem wydajności materiału, aby mógł on odpowiadać mocy wyjściowej 12-woltowego akumulatora samochodowego. Nowy materiał ma wiele potencjalnych zastosowań, w tym: magazynowanie energii w domach i budynkach, zasilanie samochodów elektrycznych, ochrona infrastruktury krytycznej przed awariami energetycznymi czy zasilanie systemów telekomunikacyjnych. Naukowcy są przekonani, że nowy materiał może zrewolucjonizować sposób, w jaki magazynujemy i wykorzystujemy energię.
