Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали и усовершенствовали материал, способный превращать здания, мосты и дороги в масштабные хранилища электрической энергии. Технология, известная как электропроводящий углеродный бетон (ec³), функционирует как «бетонная батарея», открывая новые возможности для локального накопления энергии.
В основе ec³ лежит смесь из четырех компонентов: цемента, воды, жидкого электролита и наноразмерной сажи — сверхмелкого углеродного порошка. При смешивании эти ингредиенты формируют плотную, электропроводящую сеть, способную нести электрический заряд. Научный принцип, лежащий в основе этой разработки, — суперконденсаторное хранение энергии.
Ключевым достижением, о котором было объявлено 29 сентября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), стало десятикратное увеличение емкости хранения энергии материала по сравнению с показателями 2023 года. Этот прорыв делает технологию значительно более жизнеспособной для практического применения.
Улучшение характеристик стало возможным благодаря оптимизации производственного процесса. Вместо пропитывания затвердевших бетонных плит электролитом, исследователи теперь добавляют его непосредственно в воду на начальном этапе замеса. Это позволяет создавать более толстые и энергоемкие плиты без потери проводимости.
Команда протестировала различные типы электролитов, включая морскую воду, и нашла несколько рабочих вариантов. Наилучшие результаты были достигнуты при использовании смеси четвертичных аммониевых солей, применяемых в бытовых дезинфицирующих средствах, и ацетонитрила — проводящего растворителя, используемого в промышленных процессах.
Современные показатели ec³ демонстрируют значительный прогресс. Пять кубических метров (176,5 кубических футов) этого бетона способны хранить более 10 киловатт-часов (кВт⋅ч) электроэнергии. Этого объема энергии достаточно для обеспечения среднего домохозяйства электричеством в течение одного дня. Всего два года назад для хранения такого же количества энергии потребовался бы объем материала в девять раз больше.
Основная цель проекта — решение одной из главных проблем возобновляемой энергетики: хранения энергии на периоды, когда солнце не светит или ветер не дует. Эта технология поддерживает глобальный переход к возобновляемым источникам энергии, позволяя накапливать излишки на месте их производства.
Материал уже прошел практические испытания в Японии, где его использовали для подогрева тротуаров в снежных условиях в качестве альтернативы дорожной соли. В будущем потенциал применения включает создание зданий, способных работать полностью автономно, парковочных мест и дорог, заряжающих электромобили, и даже энергоснабжение целых городов.
Концепция выходит за рамки простого хранения энергии и определяется как «многофункциональный бетон». В перспективе исследователи планируют наделить материал способностью поглощать углекислый газ из атмосферы и самовосстанавливаться при повреждениях.
По плотности энергии ec³ уступает традиционным литий-ионным батареям, которые могут вмещать в сотни раз больше энергии при том же весе или объеме. Однако его преимущества заключаются в другом. Он может быть интегрирован непосредственно в фундамент и несущие конструкции зданий, что устраняет необходимость в отдельных системах хранения.
Долговечность такого бетона может быть сопоставима со сроком службы самого сооружения. В его производстве не используются редкие или токсичные материалы, что делает его более устойчивым решением. Технология требует лишь незначительных изменений в стандартном процессе производства бетона, что упрощает ее массовое внедрение.
Ведущим автором исследования является научный сотрудник MIT Дамиан Стефанюк. Соавтором выступил Джеймс Уивер, доцент кафедры материаловедения и инженерии Корнеллского университета. Основная работа ведется исследовательской группой Массачусетского технологического института.
Изображение носит иллюстративный характер
В основе ec³ лежит смесь из четырех компонентов: цемента, воды, жидкого электролита и наноразмерной сажи — сверхмелкого углеродного порошка. При смешивании эти ингредиенты формируют плотную, электропроводящую сеть, способную нести электрический заряд. Научный принцип, лежащий в основе этой разработки, — суперконденсаторное хранение энергии.
Ключевым достижением, о котором было объявлено 29 сентября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), стало десятикратное увеличение емкости хранения энергии материала по сравнению с показателями 2023 года. Этот прорыв делает технологию значительно более жизнеспособной для практического применения.
Улучшение характеристик стало возможным благодаря оптимизации производственного процесса. Вместо пропитывания затвердевших бетонных плит электролитом, исследователи теперь добавляют его непосредственно в воду на начальном этапе замеса. Это позволяет создавать более толстые и энергоемкие плиты без потери проводимости.
Команда протестировала различные типы электролитов, включая морскую воду, и нашла несколько рабочих вариантов. Наилучшие результаты были достигнуты при использовании смеси четвертичных аммониевых солей, применяемых в бытовых дезинфицирующих средствах, и ацетонитрила — проводящего растворителя, используемого в промышленных процессах.
Современные показатели ec³ демонстрируют значительный прогресс. Пять кубических метров (176,5 кубических футов) этого бетона способны хранить более 10 киловатт-часов (кВт⋅ч) электроэнергии. Этого объема энергии достаточно для обеспечения среднего домохозяйства электричеством в течение одного дня. Всего два года назад для хранения такого же количества энергии потребовался бы объем материала в девять раз больше.
Основная цель проекта — решение одной из главных проблем возобновляемой энергетики: хранения энергии на периоды, когда солнце не светит или ветер не дует. Эта технология поддерживает глобальный переход к возобновляемым источникам энергии, позволяя накапливать излишки на месте их производства.
Материал уже прошел практические испытания в Японии, где его использовали для подогрева тротуаров в снежных условиях в качестве альтернативы дорожной соли. В будущем потенциал применения включает создание зданий, способных работать полностью автономно, парковочных мест и дорог, заряжающих электромобили, и даже энергоснабжение целых городов.
Концепция выходит за рамки простого хранения энергии и определяется как «многофункциональный бетон». В перспективе исследователи планируют наделить материал способностью поглощать углекислый газ из атмосферы и самовосстанавливаться при повреждениях.
По плотности энергии ec³ уступает традиционным литий-ионным батареям, которые могут вмещать в сотни раз больше энергии при том же весе или объеме. Однако его преимущества заключаются в другом. Он может быть интегрирован непосредственно в фундамент и несущие конструкции зданий, что устраняет необходимость в отдельных системах хранения.
Долговечность такого бетона может быть сопоставима со сроком службы самого сооружения. В его производстве не используются редкие или токсичные материалы, что делает его более устойчивым решением. Технология требует лишь незначительных изменений в стандартном процессе производства бетона, что упрощает ее массовое внедрение.
Ведущим автором исследования является научный сотрудник MIT Дамиан Стефанюк. Соавтором выступил Джеймс Уивер, доцент кафедры материаловедения и инженерии Корнеллского университета. Основная работа ведется исследовательской группой Массачусетского технологического института.
