یک ابرخازن ذخیره کننده انرژی الکتریکی با شارژ سریع با کمک بتن

به گزارش مجله خبری نگار،قبلاً در مورد ایده استفاده از بتن برای ذخیره انرژی مطالعاتی درباره چگونگی ذخیره مقادیر مفید انرژی الکتریکی در بتن توسط الیاف کربن برای افزایش رسانایی انجام شده بود. اما این کشف جدید موسسه فناوری ماساچوست همه چیز را وارد مرحله جدید می‌کند، زیرا نیاز به قرار دادن الکترود‌های مشبک در بتن را از بین برده و در عوض به کربن سیاه اجازه می‌دهد تا ساختار‌های الکترود متصل خود را به عنوان بخشی از فرآیند پخت تشکیل دهد.

این فرآیند از روشی که آب و سیمان با هم واکنش نشان می‌دهند، بهره می‌برد. آب با شروع سخت شدن، شبکه‌ای از کانال‌ها را در بتن تشکیل داده و کربن سیاه به طور طبیعی به آن کانال‌ها مهاجرت می‌کند. این کانال‌ها ساختاری فراکتال مانند دارند، شاخه‌های بزرگ‌تر به شاخه‌های کوچک‌تر و کوچک‌تر تقسیم می‌شوند و این موضوع باعث ایجاد الکترود‌های کربنی با سطح بسیار بزرگ می‌شود که در سراسر بتن اجرا می‌شوند.

دو تا از این شاخه‌ها که با یک لایه عایق یا فضای نازک از هم جدا شده اند، زمانی که کل ماده در یک الکترولیت استاندارد مانند کلرید پتاسیم غوطه‌ور می‌شود، به خوبی به عنوان صفحات یک ابرخازن عمل می‌کنند. البته ابرخازن‌ها می‌توانند تقریباً بلافاصله شارژ و دشارژ شوند، بنابراین چگالی و توان خروجی معمولاً بسیار بیشتر از باتری‌های لیتیومی استاندارد است.

چگالی انرژی کمتر است و بین میزان انرژی ذخیره شده به صورت حجمی و میزان استحکام لازم برای بتن وجود دارد، زیرا افزودن کربن سیاه بیشتر هم باعث افزایش ذخیره انرژی و هم ضعیف شدن بتن نهایی می‌شود.

اما نکته مهم اینجاست که این دستگاه ذخیره انرژی نیازی به کوچک بودن ندارد. بتن تمایل به استفاده فله‌ای دارد. یک خانه متوسط آمریکایی به مساحت ۱۸۵٫۸ متر مربع که بر روی یک دال بتنی با ضخامت ۱۳ سانتی متر استاندارد ساخته شده است، از حدود ۲۴ مترمکعب بتن استفاده می‌کند. تیم محققان می‌گوید که یک بلوک ۴۵ مترمکعبی از بتن بلک نانو کربنی حدود ۱۰ کیلووات ساعت الکتریسیته ذخیره می‌کند که برای پوشش حدود یک سوم برق مصرفی یک خانه متوسط آمریکایی یا کاهش شبکه شما کافی است.

این تیم تحقیقاتی این ابر درپوش‌های بتنی را در مقیاس کوچک آزمایش کرده و جفت‌هایی از الکترود‌ها را برای ایجاد ابرخازن‌های کوچک یک ولتی به اندازه باتری‌های سلول دکمه‌ای بریده و از سه عدد از آن‌ها برای روشن کردن یک ال‌ای دی سه ولتی استفاده کرده اند.

به گفته پروفسور فرانتس-جوزف اولم (Franz-Josef Ulm) یکی از محققان این مطالعه، این یک فناوری فوق مقیاس پذیر است. اولم می‌گوید: شما می‌توانید از الکترود‌هایی با ضخامت یک میلی متر به الکترود‌هایی با ضخامت یک متر برسانید و با انجام این کار اساساً می‌توانید ظرفیت ذخیره انرژی را از روشن کردن یک ال‌ای دی برای چند ثانیه تا برق رسانی به کل خانه افزایش دهید.