Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) сделали значительный прорыв в создании многофункционального бетонного аккумулятора, увеличив его энергоемкость в десять раз по сравнению с предыдущими версиями. Новейшие суперконденсаторы, изготовленные на основе смеси цемента, воды, наночастиц сажи и электролитов, открывают путь к интеграции энергосберегающих систем непосредственно в конструкции зданий, тротуаров и мостов.
Об этом сообщает ProIT
Суперконденсатор EC³: технологический прорыв в строительстве
Электропроводный бетон EC³ формирует уникальную наносеть, которая позволяет конструкциям не только выполнять опорные функции, но и накапливать электрическую энергию. Если в 2023 году для обеспечения энергией типового дома требовалось около 45 кубических метров электролита, то теперь, благодаря совершенствованию состава, достаточно всего 5 кубических метров — это объем одной подземной стены. Такой прогресс стал возможен благодаря детальному изучению структуры наночастиц углерода в бетоне и их взаимодействия с различными электролитами.
Для анализа внутренней структуры EC³ команда MIT применила FIB-SEM-томографию, что позволило воспроизвести проводящую наносеть с рекордным разрешением. Выяснилось, что углеродная сеть напоминает фрактальную «паутину», которая проникает в поры бетона и обеспечивает эффективное проникновение ионов электролита, что повышает способность к накоплению энергии.
Оптимизация электролитов и перспективы применения
Ведущий автор исследования, Адмир Мasic, отмечает, что ключевым является создание многофункционального бетона, который сочетает накопление энергии, самовосстановление и способность к связыванию углерода. Ученые экспериментировали с различными электролитами, включая морскую воду, и оптимизировали методику их добавления — теперь электролит сразу смешивается с водой для приготовления бетона, что позволяет делать электроды толще и эффективнее.
“Ключом к устойчивому развитию бетона является разработка “многофункционального бетона”, который сочетает такие функции, как накопление энергии, самовосстановление и связывание углерода. Бетон уже является наиболее используемым строительным материалом в мире, так почему бы не воспользоваться этим масштабом для создания других преимуществ?” — отмечает ведущий автор исследования, сопредседатель Центра электроннопроводных углеродно-цементных материалов в MIT Адмир Мasic.
Наивысшей плотности энергии удалось достичь с органическими электролитами на основе четвертичных аммониевых солей: один кубический метр EC³ хранит более 2 кВт·ч энергии — этого достаточно для работы стандартного холодильника в течение суток. Поскольку аккумуляторы EC³ интегрируются непосредственно в стены или другие архитектурные элементы, их срок службы равен сроку службы самого здания.
В эксперименте исследователи построили небольшую арку из EC³, которая выдерживала нагрузку, работала от напряжения 9 В и подавала энергию на светодиодную лампу. При увеличении нагрузки свет начинал мигать, что может свидетельствовать о потенциальной способности конструкции к самоконтролю и мониторингу состояния в реальном времени.
Перспективы использования EC³ охватывают парковочные площадки, дороги для зарядки электромобилей, а также автономные дома, которые питаются от интегрированных в стены суперконденсаторов. Исследование открывает новые возможности для развития энергетически независимых инфраструктур и устойчивых городских сред.