Команда MIT использует цемент и технический углерод для создания альтернативы аккумулятору

Mar 19, 2024

от Виш Гейн

6 дней назад

Изображение: Массачусетский технологический институт

Смесь цемента, технического углерода и воды может помочь создать устройство, которое станет будущим аккумуляторов и поможет поддерживать стабильность сетей.

Ученые из США создали новое устройство, которое может хранить большие объемы возобновляемой энергии дешевым и масштабируемым способом.

Изготовленное из широко доступных материалов, таких как цемент, вода и углеродная сажа (материал, похожий на угольный порошок), так называемое суперконденсаторное устройство является альтернативой батареям, которые могут хранить большое количество электроэнергии для различных применений.

Это включает в себя встраивание устройства в бетонный фундамент дома, где оно могло бы хранить полный дневной запас энергии без каких-либо дополнительных затрат на фундамент или ослабления структурной целостности дома.

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT), разработавшие устройство, также заявили, что суперконденсатор можно использовать в виде бетонной дороги, которая когда-нибудь сможет обеспечить бесконтактную подзарядку электромобилей во время движения по ней.

Цемент, технический углерод и вода сегодня являются одними из самых распространенных материалов в нашем мире. Ключом к суперконденсаторам, разработанным этой командой, является метод производства материала на основе цемента с чрезвычайно высокой площадью внутренней поверхности, что способствует хорошей проводимости.

Этот материал – цемент, смешанный с высокопроводящей углеродной сажей – смешивается с водой и оставляется для затвердевания. Ученые заявили, что вода естественным образом образует разветвленную сеть отверстий внутри конструкции, вступая в реакцию с цементом, а углерод мигрирует в эти пространства, образуя проволочные структуры внутри затвердевшего цемента.

Это позволяет создавать фрактальные структуры с вырастающими ветвями, что обеспечивает чрезвычайно большую площадь поверхности в пределах относительно небольшого объема. Затем материал пропитывают электролитом, например хлоридом калия, который образует заряженные частицы.

«Этот материал интересен, потому что у вас есть наиболее часто используемый искусственный материал в мире — цемент, который сочетается с углеродной сажей, это хорошо известный исторический материал — свитки Мертвого моря были написаны с его помощью», — сказал профессор Массачусетского технологического института Адмир. Масич, соавтор статьи.

«У вас есть материалы, которым как минимум два тысячелетия, и когда вы объединяете их определенным образом, вы получаете проводящий нанокомпозит, и именно тогда все становится действительно интересно».

Однако существует компромисс между емкостью материала и его структурной прочностью. Хотя добавление большего количества технического углерода увеличивает емкость суперконденсатора, оно также снижает прочность бетона. Команда нашла «золотую середину» на уровне около 10% технического углерода.

Исследование было опубликовано в журнале PNAS вчера (31 июля). Помимо Масика, статью написали в соавторстве профессора Массачусетского технологического института Франц-Йозеф Ульм и Ян Шао-Хорн, а также еще четверо из Массачусетского технологического института и Института биологической инженерии Висса.

10 вещей, которые вам нужно знать, прямо на ваш почтовый ящик каждый будний день. Подпишитесь наЕжедневный обзор, дайджест важнейших научно-технических новостей Кремниевой Республики.

Связанные темы: исследования, хранение энергии, Массачусетский технологический институт, исследователи, электричество, США, энергетика

Виш Гейн — журналист Кремниевой Республики.

[email protected]

5 мая 2023 г.

28 июля 2023 г.

18 июля 2023 г.

18 июля 2023 г.

17 июля 2023 г.

10 июля 2023 г.