امکان تبدیل بتن به ذخیره‌کننده انرژی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، 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 مؤسسه فناوری ماساچوست همه چیز را وارد مرحله جدید می‌کند، زیرا نیاز به قراردادن الکترودهای مشبک در بتن را از بین برده و در عوض به کربن سیاه اجازه می‌دهد تا ساختارهای الکترود متصل خود را به‌عنوان بخشی از فرایند پخت تشکیل دهد.

این فرایند از روشی که آب و سیمان با هم واکنش نشان می‌دهند، بهره می‌برد. آب با شروع سخت‌شدن، شبکه‌ای از کانال‌ها را در بتن تشکیل داده و کربن سیاه به طور طبیعی به آن کانال‌ها منتقل 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 یک‌لایه عایق یا فضای نازک از هم جدا شده‌اند، زمانی که کل ماده در یک الکترولیت استاندارد مانند کلرید پتاسیم غوطه‌ور می‌شود، به‌خوبی به‌عنوان 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.

 اما نکته مهم اینجاست که این دستگاه ذخیره انرژی نیازی به کوچک بودن ندارد.یک خانه متوسط به مساحت ۱۸۵ مترمربع که بر روی یک دال بتنی با ضخامت ۱۳ سانتی‌متر استاندارد ساخته شده است، از حدود ۲۴ مترمکعب بتن استفاده می‌کند. گروه محققان می‌گوید که یک بلوک ۴۵ مترمکعبی از بتن سیاه نانوکربنی حدود ۱۰ کیلووات‌ساعت الکتریسیته ذخیره می‌کند که برای پوشش حدود یک‌سوم برق مصرفی یک خانه متوسط کافی است.

این گروه تحقیقاتی این ابر خازن های بتنی را در مقیاس کوچک آزمایش کرده و جفت‌هایی از الکترودها را برای ایجاد ابرخازن‌های کوچک یک ولتی به‌اندازه باتری‌های سلول دکمه‌ای بریده و از سه عدد از آنها برای روشن‌کردن یک ال‌ای‌دی سه ولتی استفاده کرده‌اند.

 به گفته پروفسور فرانتس - جوزف اولم (Franz-Josef Ulm) یکی از محققان این مطالعه، این یک فناوری فوق مقیاس‌پذیر است. اولم می‌گوید: شما می‌توانید از الکترودهایی با ضخامت یک میلی‌متر به الکترودهایی با ضخامت یک متر برسانید و با انجام این کار اساساً می‌توانید ظرفیت ذخیره انرژی را از روشن‌کردن یک ال‌ای‌دی برای چند ثانیه تا برق‌رسانی به کل خانه افزایش دهید.

شرح کامل این تحقیق در مجله PNAS منتشر شده است.