اخیرا محققان موسسه فناوری ماساچوست کشف کرده اند که وقتی سیمان و کربن سیاه را با آب مخلوط کنند، بتن به دست آمده به صورت یک ابرخازن ذخیره کننده انرژی الکتریکی با شارژ سریع عمل می کند.
به گزارش سیناپرس، 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 می کند، زیرا نیاز به قرار دادن الکترودهای مشبک در بتن را از بین برده و در عوض به کربن سیاه اجازه می دهد 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 می دهند، بهره می برد. آب با شروع سخت شدن، شبکه ای از کانال ها را در بتن تشکیل داده و کربن سیاه به طور طبیعی به آن کانال ها مهاجرت می کند. 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 می شود که در سراسر بتن اجرا می شوند.
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 می شود، به خوبی به عنوان صفحات یک ابرخازن عمل می کنند. البته ابرخازن‌ها می توانند 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 می شود.
اما نکته مهم اینجاست که این دستگاه ذخیره انرژی نیازی به کوچک بودن ندارد. بتن تمایل به استفاده فله ای 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 می کند. تیم محققان می گوید که یک بلوک ۴۵ مترمکعبی از بتن بلک نانو کربنی حدود ۱۰ کیلووات ساعت الکتریسیته ذخیره می کند 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 دکمه ای بریده و از سه عدد از آنها برای روشن کردن یک ال ای دی سه ولتی استفاده کرده اند.
به گزارش سیناپرس، به گفته پروفسور فرانتس-جوزف اولم (Franz-Josef Ulm) یکی از محققان این مطالعه، این یک فناوری فوق مقیاس پذیر است. اولم می گوید: شما می توانید از الکترودهایی با ضخامت یک میلی متر به الکترودهایی با ضخامت یک متر برسانید و با انجام این کار اساساً می توانید ظرفیت ذخیره انرژی را از روشن کردن یک ال ای دی برای چند ثانیه تا برق رسانی به کل خانه افزایش دهید.
شرح کامل این تحقیق در مجله PNAS منتشر شده است.
مترجم: مهدی فلاحی پناه
No tags for this post.