Устройства като Powerwall на Tesla - предназначена за монтаж на стена литиево-йонна батерия - могат да захранват дома с ток за около половин ден. Но какво ще стане, ако самият дом се превърне в батерия? А ако пътищата могат да захранват електрически автомобили безжично и докато се движат?
Това все още са новини от бъдещето, но не съвсем. Изследователи са открили нов начин за съхраняване на електричество в цимент, използвайки евтини и достъпни материали. Засега разработените т.нар. циментови батерии са малки - могат да захранват няколко LED крушки. Усилията за увеличаването на капацитета обаче вече са в ход. Разработката е на екип от учени в Масачузетския технологичен институт (MIT) в САЩ.
„Това би се превърнало в много привлекателна технология, ако успеят да го постигнат в по-голям мащаб“, казва пред научното издание Science Санг Нгуен, инженер в Imperial College London.
Що е то електрифициран цимент
Циментовите устройства са вид опростена батерия, наречена суперкондензатор. Те се състоят от две електропроводими пластини, разделени от йоннопроводим електролит и тънка мембрана. Докато устройството се зарежда, положително заредените йони от електролита се натрупват върху едната плоча, докато отрицателно заредените йони се натрупват върху другата.
Съхраняваната мощност зависи от общата повърхност на проводимите пластини на суперкондензатора. В продължение на десетилетия изследователите се опитват да ги включат в структурни материали като бетона, който се използва за строеж на пътища и сгради, или въглеродните композити, които се влагат в каросерията на автомобили и самолети. За разлика от най-добрите батерии, които съществуват днес, суперкондензаторите обикновено използват незапалими електролити, което ги прави по-безопасни.
"Жици" от сажди решават проблема с цената
Проблемът е, че циментът, основната съставка на бетона, обикновено е лош електропроводник. И така, през последните години няколко групи са направили структурни суперкондензатори чрез добавяне на цимент с високопроводими форми на въглерод.
„Въпреки че резултатът е добър, съставките са скъпи и трудни за производство в огромните количества, използвани в циментовата промишленост“, отбелязва Франц-Йозеф Улм, строителен инженер в Масачузетския технологичен институт (MIT), цитиран от Science.
В търсене на по-евтина алтернатива, Улм и колегите му се объръщат към вековна форма на прахообразен въглерод, иначе казано – сажди. Те се използват от древността като черен пигмент. Евтини и разпространени в световен мащаб, саждите са силно електропроводими.
Улм и неговият екип смесват малък процент сажди с циментов прах и добавят вода. Водата лесно се свързва с цимента. Но тъй като частиците сажди отблъскват водата, те са склонни да се слепват заедно, образувайки дълги взаимосвързани жилки във втвърдяващия се цимент, които действат като мрежа от жици.
Улм и колегите му нарязват този „жичен цимент“ на малки плочи, създавайки суперкондензатори с дебелина 1 милиметър и ширина 1 сантиметър, приблизително с размера на бутон. След добавяне на мембрана, електролит от калиев хлорид - обикновена сол - и вода, изследователите запечатват структурата. Когато след това свързват проводник към плочите и натискат превключвателя, циментовите суперкондензатори успяват да дадат ток на серия от LED крушки и те светват.
Ако такъв цимент се използва за направата на 45 кубически метра бетон - приблизително количеството, което се използва за основата на стандартна къща - той може да съхрани 10 киловатчаса енергия.
„Това количество е достатъчно за захранването на средноголямо домакинство за един ден“, се съобщава в докладите на Националната академия на науките на САЩ.
Ако същият подход се използва за изграждане на пътища, паркинги или алеи, електрифицираният бетон може да съхранява възобновяема енергия от слънчева светлина или вятър и да я доставя на електрически автомобили чрез индуктивни зарядни устройства. Един подход може да бъде изпращането на електричество до долната част на автомобилите чрез медни бобини, вградени в пътното платно. Най-общо казано хибридните и електрическите автомобили биха могли да се зареждат в движение на принципа, на който смартфоните се зареждат от безжични зарядни устройства. Това би предложило по-евтина алтернатива на скъпите батерии, а такава технология вече се разработва в Германия и Холандия.
„Това ни поставя в нова ера, в която съхранението на енергия ще бъде финансово достъпно навсякъде по света“, смята Адмир Масич, химик в MIT, цитиран от Science.
За да успеят, изследователите ще трябва да увеличат размера на изработваните до момента циментови плочи. Да се случи това обаче не е толкова лесно, защото когато суперкондензаторите стават по-големи, тяхната електрическа проводимост обикновено намалява.
Според Улм решението е просто – добавянето на повече сажди към сместа. Става въпрос за умерено количество от въглеродния прах, което няма да отслаби структурната цялост на цимента. За бетона изследователите откриват, че могат да добавят до 10% въглеродни сажди, без да компрометират твърде много здравината му.
Улм казва, че групата е патентовала технологията си и сега работи, за да я усъвършенства, така че да съответства на мощността на 12-волтова автомобилна батерия.
Ако нашият сайт ви харесва, можете да се абонирате за седмичния ни нюзлетър тук:
