Из издавна известных, широко распространенных материалов, таких как цемент, вода и сажа может получиться неплохой аккумулятор для солнечной и ветровой энергии – решили инженеры из Массачусетского технологического института (MIT).
Они создали «суперконденсатор» способный накапливать большие объемы энергии. Устройство, предложенное ими, состоит всего лишь из цемента, воды и сажи, напоминающей порошкообразный древесный уголь, и, по словам изобретателей, может стать основой для недорогих систем хранения периодически возобновляемой энергии, такой как солнечная или ветровая энергия.
Поскольку изготовленный инженерами MIT «суперконденсаторный» бетон сохраняет свою прочность, дом с фундаментом из него может накапливать энергию, полученную от солнечных батарей или ветряков, в течение суток и использовать ее в любой момент, сообщают они в своем новом исследовании.
Эта технология может способствовать использованию возобновляемых источников энергии, таких как солнце, ветер и приливы, позволяя энергетическим сетям оставаться стабильными, несмотря на колебания в поставках возобновляемой энергии. Исследователи считают, что новый материал может стать альтернативой широко используемым, но неэкологичным аккумуляторам, и обеспечить хранение электрической энергии.
Суперконденсатор может быть вмонтирован в бетонный фундамент дома, где он сможет хранить энергию в течение целого дня, практически не увеличивая стоимость фундамента и обеспечивая при этом необходимую прочность конструкции, говорят исследователи.
Также они предлагают создать бетонное дорожное полотно, обеспечивающее бесконтактную подзарядку электромобилей при движении по нему.
«У вас есть самый используемый в мире рукотворный материал — цемент, который сочетается с сажей, это хорошо известный исторический материал — свитки Мертвого моря были написаны с его помощью. У вас есть эти материалы, возраст которых составляет не менее двух тысячелетий, и при определенном их сочетании вы получаете проводящий нанокомпозит, и вот тогда все становится по-настоящему интересным», — говорит профессор MIT Адмира Масич, один из соавторов исследования.
По мере затвердевания смеси вода систематически расходуется в результате реакций гидратации цемента, и эта гидратация оказывает фундаментальное воздействие на наночастицы углерода, поскольку они гидрофобны (отталкивают воду). По мере эволюции смеси, "сажа самособирается в проводник", - говорит он. Этот процесс легко воспроизводим, а материалы недороги и доступны в любой точке мира.
По расчетам специалистов, блок бетона с наноуглеродным черным легированием объемом 45 кубометров сможет хранить около 10 киловатт-часов энергии, что считается средним ежедневным потреблением электроэнергии в домашнем хозяйстве. Поскольку бетон сохраняет свою прочность, дом с фундаментом из этого материала может накапливать энергию, вырабатываемую солнечными батареями или ветряными мельницами, в течение суток и использовать ее в любое время. Кроме того, суперконденсаторы можно заряжать и разряжать гораздо быстрее, чем аккумуляторы.
После серии испытаний, в ходе которых определялись наиболее эффективные соотношения цемента, сажи и воды, команда продемонстрировала процесс, изготовив небольшие суперконденсаторы размером с плоскую батарейку, около 1 см в диаметре и 1 мм толщиной. Каждый изизготовленных образцов мог заряжаться до напряжения 1 вольт, что сравнимо с напряжением 1-вольтовой батарейки. Затем они соединили три таких конденсатора и продемонстрировали их способность зажигать 3-вольтовый светодиод.
Доказав принцип, они планируют создать серию более крупных версий, начиная с таких, которые будут размером с обычный 12-вольтовый автомобильный аккумулятор, и заканчивая 45-кубометровой версией, чтобы продемонстрировать способность хранить энергию в доме.