Az MIT (a Massachusettsi Műszaki Egyetem, angolul Massachusetts Institute of Technology) kutatói felfedezték, hogy ha cementet és kormot kevernek össze vízzel, a keletkező beton önszerveződően energiatároló szuperkondenzátorrá alakul, amely elegendő energiát képes leadni egy otthon energiaellátásához vagy elektromos autók gyorstöltéséhez. A beton energiatárolásra való felhasználásának ötletéről még 2021-ben a Chalmers Műszaki Egyetem egy csapata számolt be; bemutatták, hogyan lehet hasznos mennyiségű elektromos energiát tárolni szénszálas hálóelektródák köré öntött betonban, amelybe szénszálakat kevertek a vezetőképesség növelése érdekében.
Az MIT felfedezése úgy tűnik, hogy magasabb szintre emeli a dolgokat, mivel nem kell hálós elektródákat a betonba fektetni: a korom a kikeményedési folyamat részeként saját, összekapcsolt elektródaszerkezeteket alakít ki. Ez a folyamat kihasználja a víz és a cement reakcióját; a víz elágazó csatornahálózatot képez a betonban, amint az elkezd megszilárdulni, és a korom természetes módon vándorol ezekbe a csatornákba. Ezek a csatornák fraktálszerű struktúrát mutatnak, a nagyobb ágak egyre kisebb és kisebb ágakra válnak szét – és ez rendkívül nagy felületű szénelektródákat hoz létre, amelyek végig futnak a betonon. Két ilyen ág, amelyeket egy szigetelőréteg vagy egy vékony tér választ el egymástól, boldogan működik egy szuperkondenzátor lemezeként, miután az egészet egy szabványos elektrolitban, például kálium-kloridban megfürdetik.
A szuperkondenzátorok természetesen szinte azonnal feltöltődnek és lemerülnek, így a teljesítménysűrűség és a teljesítmény általában sokkal nagyobb, mint egy hagyományos lítium akkumulátor esetében. Az energiasűrűség alacsonyabb, és kompromisszumot kell kötni a térfogatilag tárolt energia mennyisége és a beton szilárdsága között, mivel több korom hozzáadása növeli az energiatárolást és gyengíti a beton végeredményét. A nagyszerű dolog azonban az, hogy ennek az energiatároló eszköznek nem kell kicsinek lennie; a betont általában ömlesztve használják fel. Egy átlagos amerikai 185,8 m2-es otthon, amely egy szabványos, 13 cm vastag betonlapra épül, körülbelül 24 m3 betont használ fel. Ha van feljáró vagy betonozott garázs, akkor még többet kell hozzáadni, és ismét lényegesen többet, ha a ház betonfalak vagy oszlopok felhasználásával épül.
Az MIT csapata szerint egy 45 m3 nanoszénnel kevert betontömb körülbelül 10 kWh villamos energiát képes tárolni – ez elegendő ahhoz, hogy egy átlagos amerikai otthon energiafogyasztásának egyharmadát fedezze, vagy hogy egy megfelelő méretű napelemes tetőszerkezettel együtt közel nullára csökkentse a hálózati energiaszámlát. Ráadásul ez alig vagy egyáltalán nem jelentene többletköltséget. A csapat kis léptékben tesztelte ezeket a beton szuperkapszulákat: elektródapárokat vágtak ki, hogy apró, 1 voltos, gombelem méretű szuperkondenzátorokat hozzanak létre, és három darabot használtak egy 3 voltos LED világításához. Most autóakkumulátor méretű blokkokon dolgoznak, és egy 45 m3-es, 10 kWh kapacitású változatot terveznek a nagyobb léptékű demonstrációhoz.
Franz-Josef Ulm, az MIT professzora, a PNAS folyóiratban megjelent tanulmány társszerzője szerint ez egy szuperskálázható technológia. „Az 1 milliméter vastagságú elektródáktól az 1 méter vastagságú elektródákig lehet elmenni, és ezzel alapvetően az energiatárolási kapacitás skálázható egy LED néhány másodperces világításától egy egész ház energiaellátásáig” – nyilatkozta Ulm a sajtóközleményben.
Ha az otthonokon túlra tekintünk, a beton abszolút mindenhol jelen van, az épületektől a talajburkolatokon át az úthálózatig. A csapat szerint ez az energiatároló beton az út menti napelemekkel és induktív töltőtekercsekkel párosítva szupergyors, vezeték nélküli EV-töltő utakat hozhat létre, köszönhetően a szuperkondenzátoroknak.
Feltehetően sok betont használnak a nagy hálózati alapú energiatároló létesítmények alapozásához is, ami felveti annak az érdekes lehetőségét, hogy egy óriási beton szuperkondenzátor jól párosulhat egy lassabban mozgó kémiai akkumulátorral, ami lehetővé teszi, hogy a hálózatba gyorsan áramlökéseket, valamint kisebb teljesítmény mellett hosszabb ideig tartó hozzájárulásokat szolgáltasson. Másrészt nem világos, hogy ez a fajta beton alkalmas lenne-e kültéri használatra, ahol vizes lesz. Az is tisztázatlan, hogy ezeket a beton szuperkondenzátorokat gyakorlatilag a helyszínen lehet-e önteni úgy, hogy a helyszínen összeálljanak. Azt sem tudjuk még, hogy minden egyes elektródapárt le kell-e zárni, vagy hogy pontosan hol és hogyan kell ezeket a betontömböket összekötni, ahhoz, hogy a ház áramellátását biztosítsák, vagy hogy az ilyen beton szuperkondenzátorokat biztonságosan meg lehet-e érinteni.
Az biztos, hogy ez egy lenyűgöző projekt, és kíváncsian várjuk, hogyan halad előre.
Kép: MIT
Forrás: https://newatlas.com/architecture/mit-concrete-supercapacitor/
Absztrakt: Carbon–cement supercapacitors as a scalable bulk energy storage solution | PNAS
