Представьте себе двадцатиэтажное бетонное здание, которое может накапливать энергию, как гигантская батарея. Благодаря уникальному исследованию Технологического университета Чалмерса (Швеция), такой проект когда-нибудь может стать реальностью. Исследователи из Департамента архитектуры и гражданского строительства недавно опубликовали статью, в которой описывается новая концепция аккумуляторных батарей из цемента.

Постоянно растущая потребность в экологически чистых строительных материалах ставит перед исследователями большие задачи. Доктор Эмма Чжан, ранее работавшая в Технологическом университете Чалмерса несколько лет назад присоединилась к исследовательской группе профессора Лупинга Тана, занимавшейся поиском строительных материалов будущего. Вместе им удалось разработать первую в мире концепцию аккумуляторной батареи на основе цемента.

Концепция на первом этапе включает  в себя смесь на основе цемента с добавлением небольшого количества коротких углеродных волокон для увеличения проводимости и прочности на изгиб. Затем в смесь помещается сетка из углеродного волокна с металлическим покрытием – железо для анода и никель для катода.

«Результаты более ранних исследований технологии бетонных аккумуляторов показали очень низкую производительность, поэтому мы поняли, что должны мыслить нестандартно, чтобы придумать другой способ производства электрода» – объясняет Эмма Чжан.

В ходе исследования Лупинга Тан и Эммы Чжан была получена перезаряжаемая батарея на цементной основе со средней плотностью энергии 7 Вт/ч на квадратный метр (или 0,8 Вт/ч на литр). Плотность энергии используется для выражения емкости батареи, и по скромным оценкам производительность новой батареи Чалмерса может быть более чем в десять раз выше, чем у предыдущих прототипов  бетонных батарей. Плотность энергии по-прежнему низкая по сравнению с коммерческими батареями, но это ограничение можно преодолеть благодаря огромному объему, при котором батарея может быть сконструирована при использовании в зданиях.

Потенциальный ключ к решению проблем аккумулирования энергии

Тот факт, что батарея является перезаряжаемой, является ее наиболее важным качеством, а возможности использования, если эта концепция получит дальнейшее развитие и коммерциализацию, ошеломительны. Хранение энергии – это очевидная возможность, мониторинг – другая. Исследователи видят приложения, которые могут варьироваться от питания светодиодов, обеспечения соединений 4G в удаленных районах до катодной защиты от коррозии в бетонной инфраструктуре.

«Она может быть соединена с панелями солнечных батарей, например, для обеспечения электричеством и стать источником энергии для систем мониторинга на автомагистралях или мостах, где датчики, работающие от бетонной батареи, могут обнаруживать трещины или коррозию», – предполагает Эмма Чжан.

Концепция использования конструкций и зданий таким образом могла бы быть революционной, потому что она предложила бы альтернативное решение энергетического кризиса, обеспечив накопление большого объема энергии.

Бетон, который образуется путем смешивания цемента с другими ингредиентами, является наиболее часто используемым строительным материалом в мире. С точки зрения устойчивости он далек от идеала, но возможность добавить к нему функциональность может предложить новое измерение.

Идея все еще находится на очень ранней стадии практического использования. Технические вопросы, которые еще предстоит решить до коммерциализации технологии, могут стать реальностью, включая продление срока службы батареи и разработку методов утилизации. «Поскольку бетонная инфраструктура обычно рассчитана на пятьдесят или даже сто лет, батареи необходимо будет усовершенствовать, чтобы они соответствовали этому, или чтобы их было легче заменять и утилизировать по истечении срока их службы. На данный момент это представляет собой серьезную проблему с технической точки зрения », – говорит Эмма Чжан.

«Однако мы убеждены, что эта концепция внесет большой вклад в развитие строительных материалов будущего».

Источник: www.eurekalert.org