Инженеры создают энергию

Jun 19, 2023

31 июля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Массачусетский технологический институт

Согласно новому исследованию, два самых распространенных исторических материала человечества, цемент и технический углерод (который напоминает очень мелкий древесный уголь), могут стать основой для новой, недорогой системы хранения энергии. Эта технология может облегчить использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и приливная энергия, позволяя энергетическим сетям оставаться стабильными, несмотря на колебания поставок возобновляемой энергии.

Исследователи обнаружили, что эти два материала можно объединить с водой для создания суперконденсатора — альтернативы батареям — который может обеспечить хранение электрической энергии.

В качестве примера исследователи из Массачусетского технологического института, разработавшие систему, говорят, что их суперконденсатор в конечном итоге можно будет встроить в бетонный фундамент дома, где он сможет хранить запас энергии на полный день, практически не увеличивая при этом стоимость фундамента. и при этом обеспечивая необходимую структурную прочность. Исследователи также предполагают построить бетонную дорогу, которая могла бы обеспечить бесконтактную подзарядку электромобилей во время их движения.

Простая, но инновационная технология описана в журнале PNAS, в статье профессоров Массачусетского технологического института Франца-Йозефа Ульма, Адмира Масича и Ян-Шао Хорна, а также еще четырех человек из Массачусетского технологического института и Института Висса.

Конденсаторы в принципе представляют собой очень простые устройства, состоящие из двух электропроводящих пластин, погруженных в электролит и разделенных мембраной. Когда на конденсатор подается напряжение, положительно заряженные ионы электролита накапливаются на отрицательно заряженной пластине, а положительно заряженная пластина накапливает отрицательно заряженные ионы.

Поскольку мембрана между пластинами блокирует миграцию заряженных ионов, разделение зарядов создает электрическое поле между пластинами, и конденсатор становится заряженным. Две пластины могут поддерживать эту пару зарядов в течение длительного времени, а затем очень быстро доставлять их, когда это необходимо. Суперконденсаторы — это просто конденсаторы, которые могут хранить исключительно большие заряды.

Количество энергии, которую может хранить конденсатор, зависит от общей площади поверхности его проводящих пластин. Ключом к новым суперконденсаторам, разработанным этой командой, является метод производства материала на основе цемента с чрезвычайно высокой площадью внутренней поверхности благодаря плотной взаимосвязанной сети проводящего материала в его объемном объеме.

Исследователи добились этого, введя технический углерод, обладающий высокой проводимостью, в бетонную смесь вместе с цементным порошком и водой и позволив ей затвердеть. Вода естественным образом образует разветвленную сеть отверстий внутри конструкции, вступая в реакцию с цементом, а углерод мигрирует в эти пространства, образуя проволочные структуры внутри затвердевшего цемента. Эти структуры имеют фрактальную структуру: от более крупных ветвей прорастают более мелкие, а от более мелких веточек и так далее, в результате чего получается чрезвычайно большая площадь поверхности в пределах относительно небольшого объема.