Clădirile și drumurile construite cu un tip nou de beton ar putea funcționa curând ca niște baterii gigantice capabile să alimenteze locuințe și vehicule electrice. Materialul a fost dezvoltat în urmă cu doi ani, iar acum oamenii de știință au găsit o metodă pentru a-l face și mai eficient.
Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au descoperit în 2023 o modalitate de a combina cimentul, apa și negrul de fum pentru a crea un „supercondensator” inovator pentru stocarea energiei. Acum, cercetătorii au mărit capacitatea de stocare de aproape 10 ori, ceea ce înseamnă că o casă medie are nevoie de aproximativ 5 metri cubi din acest material, echivalent cu volumul unui perete de subsol tipic, pentru a-și acoperi necesarul de energie.
Versiunea anterioară a acestui beton conductiv de electroni, denumit ec3, ar fi avut nevoie de 45 de metri cubi pentru a stoca aceeași cantitate de energie.
Anterior, echipa MIT a creat ec3 prin întărirea unui amestec de beton cu negru de fum foarte conductiv, pudră de ciment și apă; acest material este apoi scufundat într-un electrolit, cum ar fi clorura de potasiu, care furnizează particulele încărcate ce se acumulează pe structurile de carbon. Doi electrozi din acest beton special, separați de un spațiu subțire sau de un strat izolator, formează un supercondensator capabil să stocheze energie.
Pentru a îmbunătăți densitatea energetică a ec3, cercetătorii au folosit o metodă de imagistică 3D de înaltă rezoluție, numită tomografie FIB-SEM, pentru a înțelege structura rețelei de nanocarbon din material. Apoi au experimentat cu mai multe tipuri de electroliți pentru a găsi candidați viabili pentru ec3, precum și cu electrozi mai groși care pot stoca mai multă energie și nu necesită etape suplimentare de întărire. Au ales electroliti organici ce combină săruri de amoniu cuaternar cu un lichid conductiv obișnuit numit acetonitril.
Inspirându-se din arhitectura romană antică, cercetătorii au construit un arc la scară model pentru a demonstra capacitatea de susținere structurală și stocare a energiei a ec3. Arcul a alimentat o lampă LED de 9 V. De asemenea, când arcului i s-a aplicat o sarcină, lumina a pâlpâit.
„Există aici o formă de auto-monitorizare. La scară arhitecturală, ieșirea unui arc ec3 poate fluctua atunci când este afectat de factori de stres, precum vânt puternic. Acest fenomen ar putea fi folosit ca semnal pentru a monitoriza când și în ce măsură este solicitată o structură sau pentru a-i verifica starea generală în timp real”, explică Admir Masic, autor principal al studiului publicat recent în PNAS și co-director al centrului ec3 de la MIT.
Foto: MIT
Deși majoritatea bateriilor comerciale au o densitate energetică mult mai mare decât ec3, după cum recunosc cercetătorii, progresul făcut de ei reprezintă totuși un prim pas important către reproiectarea unui material omniprezent și crearea unor baterii mai mari și mai diverse, esențiale pentru un viitor bazat pe energie curată.
C.S.