Представьте, что бетон в вашем жилище или бетонные дороги, по которым вы ездите, можно использовать для накопления и передачи электричества. Каким бы нелогичным не казалось использование бетона (поскольку материал традиционно является плохим проводником электричества), группа исследователей из MIT применила современные технологии и старый материал, чтобы сделать бетонные батареи возможными.
Конечно, идея использовать конструкционные материалы, такие как бетон или авиационные/автомобильные композиты, в качестве суперконденсаторов не нова. Исследовательские группы уже давно пытаются наполнить бетон углеродными нанотрубками на основе графена. Но хотя они служат безопасными и негорючими электролитами для суперконденсаторов, они также дороги в производстве и масштабировании для реального использования.
Вместо этого Франц-Йозеф Ульм, инженер-строитель, и его команда в Массачусетском технологическом институте искали более дешевое решение и в конечном итоге остановились на техническом углероде с высокой проводимостью. Сажа образуется в природе и технике в результате неполного сгорания ископаемого топлива, биотоплива и биомассы (например в результате лесных пожаров, в дровяных печах, в дизельных двигателях и т. д.). Само собой разумеется, что этого материала много, он дешевый (или даже бесплатный) и его можно найти по всему миру.
Команда Ульма смешала технический углерод с цементным порошком и водой. Поскольку сажа естественным образом слипается в воде, она образует длинные образования, напоминающие сеть проводов. Исследователи разрезали бетон на небольшие пластины толщиной 1 мм и шириной 10 мм, а затем обернули пластины электролитной мембраной из хлорида калия, чтобы сформировать сэндвич-структуру суперконденсатора. При подаче электроэнергии изобретение Ульма и его команды смогло зажечь серию светодиодных ламп. Команда считает, что стандартный дом, построенный из бетона наполненного техническим углеродом, может накапливать количество энергии необходимое его жильцам для потребления за день.
Следующей задачей было решение технических проблем, связанных с масштабированием этой электрифицированной цементной технологии на более крупные проекты. Часть проблемы заключается в том, что проводимость суперконденсаторов уменьшается по мере увеличения их размера. Добавление большего количества технического углерода в бетонную смесь может уменьшить ее прочность. Однако Ульм сообщил, что соотношение сажи и бетона 1:10 обеспечивает хороший баланс прочности и проводимости.