Новая бетонная батарея обеспечивает 10-кратное увеличение энергии, превращая здания в гигантские внешние аккумуляторы
Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) совершили прорыв в разработке многозадачного строительного материала, способного коренным образом изменить подход к энергоснабжению. Новая форма электропроводящего углеродного бетона, или ec3, теперь может накапливать и отдавать электроэнергию с десятикратно возросшей эффективностью. Это открытие превращает обычные стены, тротуары и даже мосты в гигантские аккумуляторы, способные питать энергией целые дома.
Материал сочетает в себе цемент, воду, ультрадисперсный углерод и электролиты. Внутри смеси формируется проводящая наносеть, которая и хранит энергию. Последние исследования MIT показали, что энергетическая плотность материала ec3 совершила скачок, увеличившись в десять раз. Если в 2023 году для обеспечения суточных потребностей домохозяйства в электроэнергии требовалось 45 кубических метров материала ec3, то с новой формулой электролитов необходимо всего около 5 кубических метров, что примерно соответствует объёму стены в подвале.
Ключом к устойчивому развитию бетона является создание «многозадачного бетона», как отметил со-директор исследовательского центра MIT EC³ Адмир Масич. По его словам, бетон уже является самым используемым в мире строительным материалом, и почему бы не воспользоваться этим масштабом для создания дополнительных преимуществ. Команда использовала метод FIB-SEM томографии, чтобы послойно изучить материал, и обнаружила, что углерод образует фракталоподобную сеть вокруг пор. Это позволяет электролитам проникать внутрь и обеспечивать протекание тока.
Исследователи протестировали несколько видов электролитов и выяснили, что может работать даже морская вода, что делает ec3 полезным для прибрежных проектов и опор морских ветряных электростанций. Они также изменили способ добавления электролитов, смешивая их с водой до заливки бетона, что позволило создавать более толстые и мощные электроды. Наибольший прогресс был достигнут с использованием органических электролитов. Один кубический метр материала ec3 с такими солями и ацетонитрилом может хранить более 2 киловатт-часов энергии, чего достаточно для работы холодильника в течение целого дня.
Проводя параллели с древнеримскими достижениями в строительстве, Масич выразил надежду, что сочетание науки о материалах и архитектурного видения может привести к новой архитектурной революции. Команда уже продемонстрировала потенциал материала, построив небольшую арку из ec3, которая выдерживала вес и при этом питала светодиод. В перспективе подобные технологии могли бы позволить зданиям отслеживать свою собственную структурную целостность в реальном времени.
Одной из главных мотиваций исследователей было содействие переходу на возобновляемую энергетику. Как пояснил ведущий автор работы Дамян Стефанюк, солнечная энергия доступна только в светлое время суток, и остро стоит вопрос удовлетворения энергетических потребностей ночью или в пасмурные дни. Со-директор центра EC³ Франц-Йозеф Ульм добавил, что для этого необходим способ хранения и высвобождения энергии, и ec3 может стать жизнеспособной заменой традиционным батареям, которые часто зависят от дефицитных или вредных материалов. Как заключил соавтор работы профессор Корнеллского университета Джеймс Уивер, сочетание современной нанонауки с древним строительным блоком цивилизации открывает дверь к созданию инфраструктуры, которая не просто поддерживает жизнь, но и питает её энергией.