دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) موفق شدهاند ظرفیت ذخیرهسازی انرژی بتن رسانای خود را تا ده برابر افزایش دهند که میتواند در آینده نزدیک ساختمانها را به باتریهای عظیم و خودکفا تبدیل کند.
به گزارش تکناک، در سال ۲۰۲۳، محققان MIT روشی نوآورانه برای ترکیب سیمان، آب و «کربن سیاه» کشف کردند تا از آن مادهای موسوم به ابرخازن بسازند؛ مادهای که میتواند انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کند. اکنون نسخه جدید این ترکیب که «ec³» یا «بتن رسانای کربنی» نام دارد، توانایی آن را دارد که در حجمی حدود پنج مترمکعب (معادل حجم یک دیوار زیرزمین) انرژی کافی برای تأمین برق یک خانه معمولی در طول شبانهروز را ذخیره کند.
در مقایسه با نسخه اولیه که در سال ۲۰۲۳ معرفی شده بود و برای ذخیره همین میزان انرژی به ۴۵ مترمکعب حجم نیاز داشت، این پیشرفت دهبرابری گامی بزرگ محسوب میشود. به زبان سادهتر، هر مترمکعب از بتن جدید ec³، تقریباً هماندازه با یک یخچال خانگی، قادر است بیش از دو کیلوواتساعت انرژی را در خود جای دهد؛ میزانی که برای روشن نگه داشتن یک یخچال به مدت یک روز کامل کافی است.
فرایند ساخت این ماده شامل ترکیب دقیق پودر سیمان، آب و کربن بلک رسانا است. پس از سخت شدن، این بتن درون الکترولیتی مانند کلرید پتاسیم قرار میگیرد تا ذرات باردار لازم برای ذخیره انرژی روی ساختارهای کربنی آن تشکیل شود. در نهایت، دو الکترود از این بتن ساخته میشود که با فاصلهای اندک یا یک لایه عایق از هم جدا شدهاند و به شکل یک ابرخازن عمل میکنند.
تیم تحقیقاتی MIT برای افزایش چگالی انرژی ec³ از روشی پیشرفته به نام تصویربرداری سهبعدی FIB-SEM tomography استفاده کرد تا شبکه نانوکربنهای درون بتن را بهصورت دقیق بررسی کند. سپس آنها با انواع مختلف الکترولیتها آزمایش انجام دادند تا بهترین گزینه را بیابند و در نهایت به ترکیبی از نمکهای چهارتایی آمونیوم و مایع رسانای استونیتریل رسیدند. این ترکیب جدید امکان ساخت الکترودهای ضخیمتر را فراهم کرد که بدون نیاز به مراحل پساپخت، انرژی بیشتری ذخیره میکنند.
اعضای پروژه، که در مرکز تحقیقاتی اختصاصی ec³ در MIT فعالیت میکنند، با الهام از معماری روم باستان، مدلی کوچک از یک طاق سنگی ساختند تا توان باربری و قابلیت ذخیره انرژی بتن خود را به نمایش بگذارند. این طاق توانست یک چراغ LED را با ولتاژ ۹ ولت روشن کند. نکته جالب آن بود که هنگام وارد شدن فشار به طاق، نور چراغ دچار نوسان شد.
دکتر «ادمیر ماسیک»، نویسنده اصلی مقاله و مدیر مشترک پروژه ec³، در گفتوگو با رسانهها اظهار کرد: «به نظر میرسد این ماده نوعی توانایی خودنظارتی دارد. اگر در مقیاس معماری از آن استفاده شود، خروجی انرژی آن ممکن است هنگام برخورد با تنشهایی مانند باد شدید تغییر کند. این ویژگی میتواند بهعنوان ابزاری برای نظارت بر سلامت سازه در زمان واقعی عمل کند.»
محققان MIT باور دارند که هرچند چگالی انرژی این بتن هنوز از باتریهای تجاری لیتیومیونی کمتر است، اما اهمیت واقعی در این است که مادهای بسیار رایج مانند بتن حالا میتواند به شکل کاملاً جدیدی مورد استفاده قرار گیرد. این نوآوری راه را برای ساخت سازههایی هموار میکند که علاوه بر مصرف انرژی، توان ذخیره و مدیریت آن را نیز دارند.
به گفته کارشناسان، با گسترش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر مانند خورشید و باد، نیاز به سامانههای متنوع ذخیرهسازی انرژی بیش از پیش احساس میشود. اکنون با توسعه بتن باتریدار MIT، میتوان تصور کرد که در آینده، خانهها و ساختمانها خود بخشی از شبکه ذخیره انرژی جهانی باشند — سازههایی که نهتنها پناه انساناند، بلکه انرژی مورد نیاز زندگی او را نیز در دل خود نگه میدارند.
