Pozrite si
Dva dostupné materiály – cement a sadze – môžu podľa novej štúdie MIT tvoriť základ pre nový a lacný systém energetických úložísk. Mohli by prispieť k stabilizácii energetických sústav pri rastúcich podieloch obnoviteľných zdrojov s neistými dodávkami energie.
Vedci z MIT zistili, že betón vytvorený z cementu a sadzí sa sám zostaví do superkondenzátora, ktorý dokáže ukladať elektrickú energiu a rýchlo ju uvoľniť v prípade potreby.
Už v roku 2021 vedci z Chalmers University of Technology vyvinuli spôsob ukladania elektrickej energie do betónu naliateho okolo sieťových elektród z uhlíkových vlákien. Výskumníci z MIT ale namiesto elektród použili sadze, schopné vytvárať vlastné spojené elektródové štruktúry ako súčasť procesu vytvrdzovania.
Obsah pokračuje pod reklamou
Voda počas tvrdnutia betónu v ňom vytvára rozvetvenú sieť kanálov a sadze prirodzene do nich migrujú. Tieto kanály majú štruktúru podobnú fraktálom. Väčšie vetvy sa delia na stále menšie a menšie, čím vznikajú uhlíkové elektródy s extrémne veľkým povrchom, rozložené v celom betóne.
Ak sa dve z týchto vetiev oddelia izolačnou vrstvou, fungujú za pomoci elektrolytu (napríklad chloridu draselného) ako dosky superkondenzátora.
(1) Elektrický dvojvrstvový kondenzátor (EDLC) zložený z (2) dvoch leštených, elektrolytom nasýtených uhlíkovo-cementových elektród (hrúbka d) oddelených (3) membránou zo sklenených vlákien namočenou v rovnakom elektrolyte (1M KCl) a pokrytých pomocou (4) vodivého grafitového papiera. Elektródy sú (5) predpäté v (6) uzavretom článku, aby sa zlepšil kontakt medzi zberačmi náboja a elektródami
Výhodou superkondezátorov je schopnosť dodávať vysoký výkon v krátkom čase, pretože sa dokážu vybiť, aj nabiť prakticky okamžite. V tomto smere prekonávajú batérie. Nevýhodou oproti Li-ion batériám je zas ich nižšia energetická hustota. Pridanie väčšieho množstva sadzí zvyšuje akumuláciu energie, ale znižuje pevnosť výsledného betónu, takže bude potrebné zvoliť kompromis.
Lenže betónový superkondezátor ako súčasť stavebnej konštrukcie budovy môže byť v skutočnosti poriadne veľký, takže by mohol uchovať dostatok energie. Priemerný americký dom s rozlohou 185,8 m2 na štandardnej základovej doske s hrúbkou 13 cm spotrebuje približne 24 m3 betónu. S príjazdovou cestou a betónovou garážou je to podstatne viac.
Výskumníci z MIT pritom tvrdia, že blok 45 m3 betónu s prísadou sadzí môže uchovať približne 10 kWh elektriny, čo pokryje približne tretinu spotreby energie priemerného amerického domu. V kombinácii so strešnou fotovoltikou by to predstavovalo zaujímavé energetické riešenie bez nákladov za batérie navyše.
Tak ďaleko však zatiaľ nie sme. Tím testoval tieto betónové supercapacitory v podstatne menšom meradle. Pomocou trojice 1-voltových superkondenzátorov o veľkosti gombíkových batérií rozsvietil 3-voltovú LED. V ďalšom kroku chcú inžinieri vytvoriť betónové superkondenzátory o veľkosti autobatérií a potom demonštrátor o objeme 45 m3 s výkonom 10 kWh.
Podľa profesora Franza-Josefa Ulma z MIT, spoluautora novej štúdie ide o super škálovateľnú technológiu. Je možné vyrobiť betónové elektródy s hrúbkou jedného milimetra, ale ako betónový superkapacitor by mohol slúžiť aj úsek diaľnice o dĺžke mnohých kilometrov. V tejto verzii sa núka využitie tejto technológie pri nabíjaní elektromobilov počas jazdy.
Podľa Ulma je veľkou výhodou, že technológia funguje pri prakticky akejkoľvek veľkosti betónu. Zaujímavé by mohli byť práve veľké betónové superkondenzátory, kombinované v batériových úložiskách s tradičnými batériami na efektívne pokrytie výkonových špičiek.