Betón slúžil celé stáročia ako základ stavebníctva. No už čoskoro môže zohrať kľúčovú úlohu aj v energetike. Vedci z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) predstavili nový typ vodivej uhlíkovej betónovej zmesi, označovanej ako ec3, ktorá dokáže uchovávať a uvoľňovať elektrickú energiu. Ich najnovší prielom naznačuje, že bežné steny, chodníky či mosty by sa mohli premeniť na masívne batérie.

Podstata inovácie spočíva v kombinácii cementu, vody, ultrajemného uhlíkového čierneho pigmentu a elektrolytov. Vo vnútri tejto zmesi vzniká vodivá nanomriežka, ktorá umožňuje skladovať elektrickú energiu. Nový výskum MIT ukázal, že energetická hustota ec3 sa vďaka vylepšenej kombinácii elektrolytov zvýšila až desaťnásobne. Na tému upozornil Interesting Engineering.

Zatiaľ čo ešte v roku 2023 by na pokrytie dennej spotreby priemernej domácnosti bolo potrebných približne 45 kubických metrov tejto špeciálnej zmesi, dnes by postačilo len okolo 5 kubických metrov, čo je približne objem jednej suterénovej steny.

„Kľúčom k udržateľnosti betónu je jeho multifunkčnosť,“ vysvetľuje Admir Masic, spoluriaditeľ výskumného centra MIT EC³ Hub. „Betón je najpoužívanejším stavebným materiálom na svete, tak prečo nevyužiť jeho obrovské rozšírenie aj na ďalšie účely?“ kladie si rečnícku otázku Masic.

Odhalili tajomstvo nanomriežky

Vedci využili FIB-SEM tomografiu, ktorá im umožnila snímať materiál po jednotlivých vrstvách. Objavili, že uhlíkové častice vytvárajú fraktálovú sieť okolo pórov, čo umožňuje lepší prienik elektrolytov a plynulejší tok prúdu. „Pochopenie toho, ako sa tieto materiály na nanoskopickej úrovni samy organizujú, je kľúčové pre dosiahnutie nových funkcií,“ zdôrazňuje Masic.

Výskumníci experimentovali s rôznymi elektrolytmi a zistili, že vhodným a lacným riešením môže byť aj morská voda. To by mohlo sprístupniť technológiu pre pobrežné stavby a podporiť napríklad infraštruktúru veterných elektrární na mori. Zmenil sa aj spôsob pridávania elektrolytov. Namiesto dodatočného nasiakavania betónu sa elektrolyty vmiešali priamo do vody pred odlievaním, čím vznikli hrubšie a výkonnejšie elektródy.

Najväčší pokrok priniesli organické elektrolyty. Kubický meter ec3 obsahujúci tieto soli a acetonitril dokáže uskladniť viac než 2 kilowatthodiny energie, čo vystačí na napájanie chladničky po celý deň.

MIT

Inšpirácia Rimanmi a nový typ infraštruktúry

Masic prirovnal túto inováciu k historickým zlomom v stavebníctve. „Starovekí Rimania dosiahli veľké pokroky v betónovej výstavbe. Ak si osvojíme ich ducha kombinácie materiálovej vedy a architektonickej vízie, môžeme stáť na prahu novej stavebnej revolúcie s multifunkčnými betónmi, ako je ec3,“ myslí si Masic.

Tím z MIT postavil aj malý oblúk z ec3, ktorý niesol záťaž a zároveň napájal LED diódu. Keď naň pôsobila mechanická záťaž, svetlo začalo blikať. To naznačuje možnosť, že budúce stavby by mohli monitorovať svoj vlastný technický stav v reálnom čase.

Ec3 sa už v praxi uplatnil v japonskom Sappore, kde dokázal vďaka svojej tepelnej vodivosti ohrievať chodníky počas sneženia. Nový prielom z MIT teraz otvára cestu k veľkokapacitnému skladovaniu energie.

„Jednou z našich hlavných motivácií bolo pomôcť pri prechode na obnoviteľné zdroje,“ hovorí hlavný autor štúdie Damian Stefaniuk. „Solárne elektrárne vyrábajú energiu len pri dostatku slnečného svetla. Otázkou teda je, ako pokryť potreby počas noci alebo zamračených dní.“

„Odpoveďou je potreba skladovať a uvoľňovať energiu. To doteraz zabezpečovali batérie, ktoré však často využívajú vzácne alebo škodlivé materiály. Veríme, že ec3 môže byť životaschopnou alternatívou,“ dodal Franz-Josef Ulm, ďalší spoluriaditeľ MIT EC³ Hub.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia