Lacná prísada mení betónové dosky na výkonné úložiská energie

Výskumníci z MIT zistili, že keď zmiešate cement a sadze s vodou, výsledný betón sám vytvorí superkondenzátor, ktorý dokáže vydať dostatok energie na napájanie domácnosti alebo rýchle nabíjanie elektromobilov. O myšlienke využitia betónu na skladovanie energie sme už písali – v roku 2021 tím z Chalmersovej technickej univerzity vo Švédsku ukázal, ako sa dá užitočné množstvo elektrickej energie skladovať v betóne naliatom okolo elektród z uhlíkových vlákien, do ktorých sa primiešajú uhlíkové vlákna na zvýšenie vodivosti.

Objav MIT posúva veci na ďalšiu úroveň, pretože odstraňuje potrebu ukladať elektródy do betónu, namiesto toho umožňuje, aby uhlíkové sadze v rámci procesu vytvrdzovania vytvorili vlastné prepojené elektródové štruktúry. Tento proces využíva spôsob, ako voda a cement spolu reagujú; voda vytvára vo tvrdnúcom betóne rozvetvenú sieť kanálikov a sadze prirodzene migrujú do týchto kanálikov. Tieto kanáliky vykazujú fraktálovú štruktúru, väčšie vetvy sa rozdeľujú na menšie a menšie, a tak vznikajú uhlíkové elektródy s extrémne veľkou plochou, ktoré sa rozbiehajú po celom betóne. 

Dve z týchto vetiev, ktoré sú oddelené izolačnou vrstvou alebo tenkou medzerou, fungujú ako dosky superkondenzátora, keď sa celok ponorí do štandardného elektrolytu, ako je chlorid draselný. Superkondenzátory sa dokážu nabiť a vybiť takmer okamžite, takže hustota energie a výkon sú vo všeobecnosti oveľa vyššie ako pri štandardnej lítiovej batérii. Hustota energie je nižšia a treba nájsť kompromis medzi tým, koľko energie sa v danom objeme uloží, a tým, akú pevnosť musí mať váš betón, pretože pridanie väčšieho množstva sadzí síce zvyšuje uskladnenie energie, ale oslabuje výsledný betón. 

Výhodné je, že toto zariadenie na uskladnenie energie nemusí byť malé; betón sa používa vo veľkom. Na priemerný dom s rozlohou 185 m², postavený na pomerne štandardnej betónovej doske s hrúbkou 13 cm, sa spotrebuje približne 24 m³ betónu. Ak máte príjazdovú cestu alebo vybetónovanú garáž, pripočítajte ešte viac. Tím MIT tvrdí, že 45 m³ bloku nanouhlíkového betónu s prímesou sadzí uskladní zhruba 10 kWh elektrickej energie, čo stačí na pokrytie približne tretiny spotreby elektrickej energie priemerného domu alebo na výrazné zníženie účtu za energiu zo siete v kombinácii s poriadne veľkou solárnou strešnou sústavou.

Navyše by si to vyžadovalo len malé alebo žiadne dodatočné náklady. Tím otestoval tieto betónové superkondenzátory v malej mierke, pričom vyrezaním dvojíc elektród vytvoril malé 1-voltové superkondenzátory vo veľkosti gombíkovej batérie a pomocou troch z nich rozsvietil 3-voltovú LED diódu. Teraz pracuje na blokoch veľkosti autobatérií a na demonštráciu vo väčšej mierke sa zameriava na 45 m³ verziu s kapacitou 10 kWh.

Podľa profesora MIT Franza-Josefa Ulma, spoluautora novej štúdie uverejnenej v časopise PNAS, ide o superškálovateľnú technológiu s hrúbkou elektród od 1 mm až po 1 m, pričom kapacita skladovania energie môže siahať od rozsvietenia LED diódy na niekoľko sekúnd až po napájanie celého domu. Vzhľadom na to, že betón je úplne všade okolo nás, tím tvrdí, že tento betón akumulujúci energiu by sa mohol spojiť so solárnymi panelmi pri cestách a indukčnými nabíjacími cievkami, aby sa vytvorili superrýchle bezdrôtové nabíjacie cesty pre elektromobily vďaka schopnosti superkondenzátorov dodávať energiu na požiadanie.

Zdroj: newatlas.com.