Εναλλακτικές μπαταρίες από τσιμέντο, αιθάλη, νερό
Ερευνητές στο MIT ισχυρίζονται ότι βρήκαν έναν νέο τρόπο αποθήκευσης ενέργειας χρησιμοποιώντας μόνο τσιμέντο, λίγο νερό και σκόνη αιθάλης - μια κρυσταλλική μορφή του στοιχείου. Τα υλικά μπορούν να συνδυαστούν έξυπνα για να δημιουργήσουν υπερπυκνωτές, οι οποίοι με τη σειρά τους θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή θεμελίων αποθήκευσης ενέργειας σπιτιών, δρόμων που θα μπορούσαν να φορτίσουν ασύρματα οχήματα και να χρησιμεύσουν ως θεμέλιο ανεμογεννητριών και άλλων συστημάτων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. εκπληκτική ποσότητα ενέργειας, ισχυρίζεται η ομάδα.
Σύμφωνα με ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences, 45 κυβικά μέτρα τσιμέντου με ανθρακική πρόσμιξη θα μπορούσαν να έχουν αρκετή χωρητικότητα για να αποθηκεύσουν 10 κιλοβατώρες ενέργειας - περίπου την ποσότητα που χρησιμοποιεί ένα μέσο νοικοκυριό την ημέρα. Ένα μπλοκ τσιμέντου αυτού του μεγέθους θα είχε περίπου 3,5 μέτρα ανά πλευρά και, ανάλογα με το μέγεθος του σπιτιού, το μπλοκ θα μπορούσε θεωρητικά να αποθηκεύσει όλη την ενέργεια που θα χρειαζόταν ένα σπίτι εκτός δικτύου που χρησιμοποιεί ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Το τσιμέντο που είναι ένα πολύ γνωστό ιστορικό υλικό ηλικίας τουλάχιστον δύο χιλιετιών, όταν τα συνδυαστεί με συγκεκριμένο τρόπο καταλήγει σε ένα αγώγιμο νανοσύνθετο. Είναι πραγματικά σούπερ!Οι πυκνωτές είναι σε θέση να αποθηκεύουν ενέργεια, αλλά όχι με τον ίδιο τρόπο όπως οι μπαταρίες. Ενώ οι μπαταρίες βασίζονται στη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτροστατικό φορτίο για την αποθήκευση και την απελευθέρωση ενέργειας, οι πυκνωτές αποθηκεύουν ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ αγώγιμων, διαχωρισμένων πλακών. Όσο πιο τέλειος είναι ο μονωτήρας στο κενό μεταξύ των δύο αγωγών, τόσο περισσότερο (ίσο αλλά αντίθετο) φορτίο μπορεί να αποθηκευτεί σε κάθε αγωγό. Οι υπερπυκνωτές – οι οποίοι χρησιμοποιούν διαπερατές από ιόντα μεμβράνες, συμπεριλαμβανομένου του γραφενίου ως διαχωριστή – λειτουργούν παρόμοια. Όταν συνδέεται σε μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, η ενέργεια αποθηκεύεται στις πλάκες, αλλά όταν συνδέεται με ένα φορτίο, το ρεύμα ρέει πίσω για να δώσει ισχύ. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή ή υπερπυκνωτή καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό, αλλά όχι αποκλειστικά, από την επιφάνεια των πλακών του. Οι ερευνητές του MIT εξήγησαν ότι το υλικό που έχουν εξερευνήσει έχει εξαιρετικά υψηλή εσωτερική επιφάνεια χάρη στον τρόπο που αλληλεπιδρούν η αιθάλη και το νερό. «Οι αντιδράσεις ενυδάτωσης του τσιμέντου παρουσία άνθρακα δημιουργούν ένα δίκτυο άνθρακα που αγώγει ηλεκτρόνια που μοιάζει με φράκταλ που διαπερνά τη φέρουσα μήτρα με βάση το τσιμέντο», σημειώνουν οι συγγραφείς. Ουσιαστικά, ένα μπλοκ από αυτό το πλούσιο σε άνθρακα τσιμέντο έχει εξαιρετικά αγώγιμα σύρματα μαύρου άνθρακα που διατρέχουν, τα οποία αυξάνουν δραστικά την επιφάνεια, και συνεπώς την ικανότητα αποθήκευσης. Καθώς το μείγμα σκληραίνει, το νερό απορροφάται στο τσιμέντο. Η αιθάλη, η οποία είναι εξαιρετικά υδρόφοβη, δεν μπορεί να διασκορπιστεί με τον ίδιο τρόπο, επομένως «η αιθάλη αυτοσυναρμολογείται σε ένα συνδεδεμένο αγώγιμο καλώδιο».
Πηγή: https://www.theregister.com/2023/08/02/mit_concrete_battery/
Σύμφωνα με ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences, 45 κυβικά μέτρα τσιμέντου με ανθρακική πρόσμιξη θα μπορούσαν να έχουν αρκετή χωρητικότητα για να αποθηκεύσουν 10 κιλοβατώρες ενέργειας - περίπου την ποσότητα που χρησιμοποιεί ένα μέσο νοικοκυριό την ημέρα. Ένα μπλοκ τσιμέντου αυτού του μεγέθους θα είχε περίπου 3,5 μέτρα ανά πλευρά και, ανάλογα με το μέγεθος του σπιτιού, το μπλοκ θα μπορούσε θεωρητικά να αποθηκεύσει όλη την ενέργεια που θα χρειαζόταν ένα σπίτι εκτός δικτύου που χρησιμοποιεί ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Το τσιμέντο που είναι ένα πολύ γνωστό ιστορικό υλικό ηλικίας τουλάχιστον δύο χιλιετιών, όταν τα συνδυαστεί με συγκεκριμένο τρόπο καταλήγει σε ένα αγώγιμο νανοσύνθετο. Είναι πραγματικά σούπερ!Οι πυκνωτές είναι σε θέση να αποθηκεύουν ενέργεια, αλλά όχι με τον ίδιο τρόπο όπως οι μπαταρίες. Ενώ οι μπαταρίες βασίζονται στη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτροστατικό φορτίο για την αποθήκευση και την απελευθέρωση ενέργειας, οι πυκνωτές αποθηκεύουν ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ αγώγιμων, διαχωρισμένων πλακών. Όσο πιο τέλειος είναι ο μονωτήρας στο κενό μεταξύ των δύο αγωγών, τόσο περισσότερο (ίσο αλλά αντίθετο) φορτίο μπορεί να αποθηκευτεί σε κάθε αγωγό. Οι υπερπυκνωτές – οι οποίοι χρησιμοποιούν διαπερατές από ιόντα μεμβράνες, συμπεριλαμβανομένου του γραφενίου ως διαχωριστή – λειτουργούν παρόμοια. Όταν συνδέεται σε μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, η ενέργεια αποθηκεύεται στις πλάκες, αλλά όταν συνδέεται με ένα φορτίο, το ρεύμα ρέει πίσω για να δώσει ισχύ. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή ή υπερπυκνωτή καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό, αλλά όχι αποκλειστικά, από την επιφάνεια των πλακών του. Οι ερευνητές του MIT εξήγησαν ότι το υλικό που έχουν εξερευνήσει έχει εξαιρετικά υψηλή εσωτερική επιφάνεια χάρη στον τρόπο που αλληλεπιδρούν η αιθάλη και το νερό. «Οι αντιδράσεις ενυδάτωσης του τσιμέντου παρουσία άνθρακα δημιουργούν ένα δίκτυο άνθρακα που αγώγει ηλεκτρόνια που μοιάζει με φράκταλ που διαπερνά τη φέρουσα μήτρα με βάση το τσιμέντο», σημειώνουν οι συγγραφείς. Ουσιαστικά, ένα μπλοκ από αυτό το πλούσιο σε άνθρακα τσιμέντο έχει εξαιρετικά αγώγιμα σύρματα μαύρου άνθρακα που διατρέχουν, τα οποία αυξάνουν δραστικά την επιφάνεια, και συνεπώς την ικανότητα αποθήκευσης. Καθώς το μείγμα σκληραίνει, το νερό απορροφάται στο τσιμέντο. Η αιθάλη, η οποία είναι εξαιρετικά υδρόφοβη, δεν μπορεί να διασκορπιστεί με τον ίδιο τρόπο, επομένως «η αιθάλη αυτοσυναρμολογείται σε ένα συνδεδεμένο αγώγιμο καλώδιο».
Πηγή: https://www.theregister.com/2023/08/02/mit_concrete_battery/
