Jednym z głównych wyzwań w dziedzinie energetyki jest znalezienie sposobu na przechowywanie wytworzonej energii. Naukowcy nieustannie pracują nad coraz bardziej efektywnymi rozwiązaniami. Najwspanialszą ideą wydaje się, by dom każdego człowieka mógł stać się samowystarczalnym kondensatorem. Okazuje się, że pomysł ten nie jest wcale odrealniony. Podobną koncepcję przedstawili naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Uniwersytetu Harvarda w USA. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie „The Proceedings of the National Academy of Sciences”.
Naukowcy z całego świata od lat pracują nad stworzeniem materiałów budowlanych zdolnych do magazynowania energii. Trend na oszczędność panuje już od lat, stąd tak popularne i szeroko reklamowane panele słoneczne i akumulatory przechowujące energię. Nie jest to jednak sposób bez wad i nie pozwala nam na wykorzystanie zmagazynowanych zasobów w 100%. Jak się okazuje, w panelach nie jedyna nadzieja.
Niepozorny cement
Cement, będący głównym składnikiem betonu, zazwyczaj jest słabym przewodnikiem elektryczności. W ostatnich latach kilka zespołów badawczych opracowało superkondensatory strukturalne, dodając do cementu wysoko przewodzące formy węgla, takie jak grafen lub nanorurki węglowe. Chociaż te rozwiązania działają dobrze, składniki potrzebne do ich produkcji są kosztowne.
W poszukiwaniu alternatywy badacze skupili się na pewnej niepozornej substancji. Mieszanka stworzona przez amerykańskich naukowców składa się z cementu, wody i sadzy. Te materiały są znane człowiekowi od co najmniej dwóch tysięcy lat.
Jak tłumaczy Admir Masic, specjalista od materiałów z MIT:
„Nasz materiał jest fascynujący, ponieważ mamy tu do czynienia z najczęściej używanym na świecie materiałem stworzonym przez człowieka, czyli cementem, który łączy się z sadzą, czyli kolejnym dobrze znanym z historii materiałem”.
Połączenie cementu, wody i sadzy powoduje, że cząsteczki sadzy grupują się w miejscach, gdzie woda została zaabsorbowana przez reagujący z nią cement. Zlepki sadzy tworzą w twardniejącym cemencie długie nitki, które zachowują się jak przewody elektryczne. W rezultacie zmodyfikowany cement staje się superkondensatorem.
Superkondensatory (ultra kondensatory) działają podobnie jak akumulatory, ale mają nad nimi przewagę. Wyróżniają się bardzo krótkim czasem ładowania i rozładowania w porównaniu z innymi urządzeniami do przechowywania energii, takimi jak akumulatory. Dzięki temu można uzyskać moc zasilania dochodzącą do 10 kW na kilogram masy kondensatora.
Bateria o żywotności 100 lat
Obecnie cementowe akumulatory są dość małe i mogą zasilać tylko kilka żarówek LED. Jednak materiał ten jest uważany za obiecujący, ponieważ składniki użyte do jego wytworzenia są tanie i powszechnie dostępne.
Teoretycznie możliwe jest również zwiększenie rozmiarów takich baterii, ale wraz ze wzrostem superkondensatorów ich przewodność elektryczna zwykle spada. Jednym z rozwiązań jest dodanie większej ilości sadzy do mieszanki. W przypadku betonu konstrukcyjnego naukowcy stwierdzili, że mogą dodać do 10% sadzy bez uszczerbku na jego wytrzymałości.
Badacze obecnie pracują nad skalowaniem swojego wynalazku tak, aby odpowiadał mocy wyjściowej 12-woltowego akumulatora samochodowego.
Ważnym aspektem jest też odpowiednia żywotność baterii. Betonowe budynki są budowane na co najmniej 50 lub 100 lat, więc akumulatory musiałyby działać podobnie długo.
Takie superkondensatory mogłyby zostać wykorzystane do budowania miast przyszłości. Wielopiętrowe budynki znajdujące się w stolicach państw byłyby niewyobrażalnymi magazynami energii i pomyłyby w rozwiązaniu wielu problemów cywilizacyjnych.
Zobacz także:
Jak Mirosław Hermaszewski. Drugi w historii Polak poleci w kosmos
Wagnerowcy chcą nas sprowokować. Zagrożenie dla polskich granic
Ukraina tworzy bazę dzieł sztuki, które należą do rosyjskich oligarchów
