Унылые бетонные здания, которые усеивают горизонты практически каждого города мира, являются антитезой устойчивого развития. Бетонная промышленность является огромным источником выбросов углерода: на ее долю приходится до 9% всего искусственного углерода, попадающего в атмосферу.

Это экологическое бремя может быть значительно компенсировано, если недавняя инновация Университета Чалмерса в Швеции принесет плоды. Инженеры-строители из университета нашли способ интегрировать электропроводящие волокна в смесь на основе цемента. Благодаря этому нововведению они смогли превратить бетонные плиты в батареи. Это может проложить путь к зданиям, которые будут не только служить убежищем, но и обеспечивать наши потребности.

Электрифицированный бетон

Доктор Эмма Чжан и профессор Лупин Тан разработали эту перезаряжаемую батарею на основе цемента, добавив изюминку в классический рецепт бетона. Они добавили короткие углеродные волокна для повышения проводимости и прочности, а также сетку из углеродного волокна с металлическим покрытием, используя железо и никель в качестве анода и катода соответственно.

Это не первый раз, когда кто-то пытается создать батареи из бетона, но эта новая конструкция является огромным шагом вперед с точки зрения плотности энергии, которую она обеспечивает. Производительность новой конструкции как минимум в десять раз лучше, чем у предыдущих демонстраций. Кроме того, он еще и перезаряжаемый.

«Эта конкретная идея, которую мы разработали, — которая также является перезаряжаемой — никогда раньше не исследовалась. Теперь у нас есть подтверждение концепции в лабораторном масштабе», — сказал доктор Чжан в пресс-релизе.

Бетонные батареи прошли испытания в лаборатории — и они работают. Однако плотность энергии не очень впечатляет. В настоящее время это всего лишь 7 ватт-часов на квадратный метр или 0,8 ватт-часов на литр. Для сравнения, литий-ионные аккумуляторы, которые питают смартфоны и электромобили, имеют плотность энергии от 250 до 700 Втч/л.

Хотя плотность энергии на несколько порядков ниже, чем у коммерческих альтернатив, здесь все же есть ценность. Бетонные здания огромны. Таким образом, теоретически вы можете хранить значительное количество энергии в большом объеме бетона в новых зданиях, которые могут включать эту конструкцию.

Заглядывая за пределы фундамента

Предполагаемые области применения варьируются от питания светодиодов до обеспечения соединений 4G в удаленных местах и ​​даже защиты бетонной инфраструктуры от коррозии.

«Он также может быть соединен с панелями солнечных батарей, например, для обеспечения электроэнергией и стать источником энергии для систем мониторинга на автомагистралях или мостах, где датчики, работающие от бетонной батареи, могут обнаружить растрескивание или коррозию», — предполагает Чжан.

Однако эта концепция не лишена проблем. Продление срока службы батареи до уровня бетонных конструкций, который может прослужить до столетия, и разработка эффективных методов переработки являются важнейшими препятствиями, которые необходимо преодолеть. Несмотря на эти проблемы, потенциал внедрения возможностей хранения энергии в наиболее широко используемые в мире строительные материалы может существенно повлиять на наш подход к энергетическим кризисам. Это может превратить любую бетонную поверхность в потенциальный источник энергии.

«Мы убеждены, что эта концепция внесет большой вклад в то, что будущие строительные материалы смогут иметь дополнительные функции, такие как возобновляемые источники энергии», — заключает Тан.

В другом месте инженеры Массачусетского технологического института смешали цемент, углеродную сажу и воду, чтобы сделать суперконденсаторы (еще один вид батарей) для хранения энергии в фундаменте зданий.

Результаты появились в журнале Здания .