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May 02, 2024

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I ricercatori del MIT hanno scoperto che quando si mescolano cemento e nerofumo con acqua, il calcestruzzo risultante si autoassembla in un supercondensatore che immagazzina energia in grado di produrre abbastanza energia per alimentare

I ricercatori del MIT hanno scoperto che quando si mescolano cemento e nerofumo con acqua, il calcestruzzo risultante si autoassembla in un supercondensatore che immagazzina energia in grado di produrre abbastanza energia per alimentare una casa o caricare rapidamente auto elettriche.

Abbiamo già scritto in precedenza dell'idea di utilizzare il calcestruzzo per l'accumulo di energia: nel 2021, un team della Chalmers University of Technology ha mostrato come quantità utili di energia elettrica potrebbero essere immagazzinate nel calcestruzzo colato attorno a elettrodi a rete in fibra di carbonio, con fibre di carbonio per aggiungere conduttività.

La scoperta del MIT sembra portare le cose a un livello superiore, poiché elimina la necessità di posizionare gli elettrodi a rete nel calcestruzzo e consente invece al nerofumo di formare le proprie strutture di elettrodi collegati come parte del processo di polimerizzazione.

Questo processo sfrutta il modo in cui acqua e cemento reagiscono insieme; l'acqua forma una rete ramificata di canali nel calcestruzzo quando inizia a indurirsi e il nerofumo migra naturalmente in quei canali. Questi canali mostrano una struttura simile a un frattale, rami più grandi che si dividono in rami sempre più piccoli – e questo crea elettrodi di carbonio con una superficie estremamente ampia, che corrono attraverso il cemento.

Due di questi rami, separati da uno strato isolante o da uno spazio sottile, funzionano felicemente come le piastre di un supercondensatore una volta che il tutto è stato immerso in un elettrolita standard, come il cloruro di potassio.

I supercondensatori, ovviamente, possono caricarsi e scaricarsi quasi immediatamente, quindi la densità di potenza e l'output sono generalmente molto più elevati di quelli che si otterrebbero con una batteria al litio standard.

La densità di energia è inferiore e c'è un compromesso da fare tra la quantità di energia immagazzinata volumetricamente e la resistenza necessaria per il calcestruzzo, poiché l'aggiunta di più nerofumo aumenta l'accumulo di energia e indebolisce il calcestruzzo finale.

Ma la cosa bella è che questo dispositivo di accumulo dell'energia non deve essere necessariamente piccolo; il calcestruzzo tende ad essere utilizzato alla rinfusa. Una casa americana media di 185,8 m2 (2.000 piedi quadrati) costruita su una lastra di cemento ragionevolmente standard di 13 cm di spessore utilizza circa 31 iarde cubi (~ 24 m3) di cemento. Aggiungine di più se hai un vialetto o un garage in cemento, e ancora di più se la casa è costruita utilizzando muri o colonne di cemento.

Il team del MIT afferma che un blocco di 45 m3 di cemento drogato con nanocarbonio immagazzinerà circa 10 kWh di elettricità, sufficienti a coprire circa un terzo del consumo energetico della casa americana media o a ridurre la rete elettrica. bolletta energetica vicina allo zero in combinazione con un impianto solare sul tetto di discrete dimensioni. Inoltre, i costi sarebbero minimi o nulli.

Il team ha testato questi supercondensatori di cemento su piccola scala, ritagliando coppie di elettrodi per creare minuscoli supercondensatori da 1 volt delle dimensioni di batterie a bottone e utilizzandone tre per accendere un LED da 3 volt. Ora sta lavorando su blocchi delle dimensioni delle batterie per auto e sta prendendo di mira una versione da 1.589 piedi cubi e 10 kWh per una dimostrazione su scala più ampia.

Si tratta di una tecnologia super-scalabile, secondo il professor Franz-Josef Ulm del MIT, coautore di un nuovo studio pubblicato ieri sulla rivista PNAS.

"Si può passare da elettrodi spessi 1 millimetro a elettrodi spessi 1 metro e, così facendo, in pratica è possibile aumentare la capacità di accumulo dell'energia dall'accensione di un LED per pochi secondi all'alimentazione di un'intera casa", afferma Ulm in un comunicato stampa.

Guardando oltre le mura domestiche, il cemento è assolutamente ovunque, dagli edifici alle coperture del terreno fino alla rete stradale. Il team afferma che questo cemento che immagazzina energia potrebbe essere abbinato a pannelli solari lungo la strada e bobine di ricarica induttive per creare strade di ricarica wireless per veicoli elettrici super veloci e carrabili grazie alla capacità dei supercondensatori di pompare il succo sfuso su richiesta.

Presumibilmente c'è anche molto cemento utilizzato nelle fondamenta di grandi impianti di stoccaggio dell'energia basati su rete, il che solleva l'interessante possibilità che un gigantesco supercondensatore di cemento possa accoppiarsi bene con una batteria chimica a movimento più lento, dandogli la capacità di fornire scosse di energia. alla rete rapidamente così come contributi di lunga durata a potenza inferiore.