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May 02, 2024

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MIT-Forscher haben herausgefunden, dass sich beim Mischen von Zement und Ruß mit Wasser der resultierende Beton selbst zu einem energiespeichernden Superkondensator zusammenfügt, der genug Saft für die Stromversorgung abgeben kann

MIT-Forscher haben herausgefunden, dass sich beim Mischen von Zement und Ruß mit Wasser der resultierende Beton selbst zu einem energiespeichernden Superkondensator zusammenfügt, der genug Saft abgeben kann, um ein Haus mit Strom zu versorgen oder Elektroautos schnell aufzuladen.

Wir haben bereits über die Idee geschrieben, Beton zur Energiespeicherung zu verwenden – im Jahr 2021 zeigte ein Team der Chalmers University of Technology, wie nützliche Mengen elektrischer Energie in Beton gespeichert werden können, der um Elektroden aus Kohlefasernetz gegossen und mit eingemischt wird Kohlenstofffasern für zusätzliche Leitfähigkeit.

Die Entdeckung des MIT scheint die Dinge auf die nächste Ebene zu bringen, da sie das Einbringen von Maschenelektroden in den Beton überflüssig macht und es dem Ruß stattdessen ermöglicht, im Rahmen des Aushärtungsprozesses seine eigenen verbundenen Elektrodenstrukturen zu bilden.

Dieser Prozess macht sich die Art und Weise zunutze, wie Wasser und Zement miteinander reagieren; Das Wasser bildet ein verzweigtes Netzwerk von Kanälen im Beton, wenn dieser zu härten beginnt, und der Ruß wandert auf natürliche Weise in diese Kanäle. Diese Kanäle weisen eine fraktalartige Struktur auf, wobei sich größere Äste in immer kleinere aufspalten – und so entstehen Kohlenstoffelektroden mit einer extrem großen Oberfläche, die sich durch den Beton ziehen.

Zwei dieser Zweige, getrennt durch eine Isolierschicht oder einen dünnen Zwischenraum, funktionieren problemlos als Platten eines Superkondensators, sobald das Ganze in einen Standardelektrolyten wie Kaliumchlorid getaucht wurde.

Superkondensatoren können natürlich fast sofort aufgeladen und entladen werden, sodass die Leistungsdichte und Leistung im Allgemeinen viel höher ist als bei einer Standard-Lithiumbatterie.

Die Energiedichte ist geringer und es muss ein Kompromiss zwischen der volumetrisch gespeicherten Energiemenge und der gewünschten Festigkeit Ihres Betons geschlossen werden, da die Zugabe von mehr Ruß sowohl die Energiespeicherung erhöht als auch den endgültigen Beton schwächt.

Das Tolle daran ist jedoch, dass dieser Energiespeicher nicht unbedingt klein sein muss; Beton wird in der Regel in großen Mengen verwendet. Ein durchschnittliches amerikanisches Haus mit einer Fläche von 185,8 m² (2.000 Quadratfuß), das auf einer einigermaßen normalen Betonplatte mit einer Dicke von 13 cm (fünf Zoll) gebaut wird, verbraucht etwa 31 Kubikmeter (ca. 24 m³) Beton. Fügen Sie mehr hinzu, wenn Sie eine Einfahrt oder eine betonierte Garage haben, und noch einmal deutlich mehr, wenn das Haus mit Betonwänden oder -säulen gebaut ist.

Das MIT-Team sagt, dass ein 1.589 cu-ft (45 m3) großer Block aus nanokohlenstoffschwarz dotiertem Beton etwa 10 kWh Strom speichern wird – genug, um etwa ein Drittel des Stromverbrauchs eines durchschnittlichen amerikanischen Hauses zu decken oder Ihr Stromnetz zu reduzieren In Verbindung mit einer ausreichend großen Solaranlage auf dem Dach liegt die Energierechnung nahe bei Null. Darüber hinaus würde es kaum oder gar keine Kosten verursachen.

Das Team hat diese Beton-Superkondensatoren im kleinen Maßstab getestet, indem es Elektrodenpaare herausgeschnitten hat, um winzige 1-Volt-Superkondensatoren in der Größe von Knopfzellenbatterien herzustellen, und drei davon verwendet hat, um eine 3-Volt-LED zum Leuchten zu bringen. Derzeit arbeitet man an Blöcken in der Größe von Autobatterien und strebt eine 1.589-Kubikfuß-10-kWh-Version für eine größere Demonstration an.

Laut MIT-Professor Franz-Josef Ulm, Mitautor einer neuen Studie, die gestern in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht wurde, handelt es sich um eine superskalierbare Technologie.

„Man kann von 1-Millimeter-dicken Elektroden auf 1-Meter-dicke Elektroden umsteigen und damit im Grunde die Energiespeicherkapazität skalieren, von der Beleuchtung einer LED für ein paar Sekunden bis hin zur Stromversorgung eines ganzen Hauses“, sagt Ulm eine Pressemitteilung.

Wenn man über das Zuhause hinausblickt, ist Beton absolut überall zu finden, von Gebäuden über Bodenbeläge bis hin zum Straßennetz. Das Team sagt, dass dieser energiespeichernde Beton mit Solarpaneelen am Straßenrand und induktiven Ladespulen kombiniert werden könnte, um superschnelle, durchfahrbare, kabellose Ladestraßen für Elektrofahrzeuge zu schaffen, dank der Fähigkeit der Superkondensatoren, bei Bedarf großen Saft zu pumpen.

Vermutlich wird auch viel Beton in den Fundamenten großer netzbasierter Energiespeicheranlagen verwendet, was die interessante Möglichkeit aufwirft, dass ein riesiger Superkondensator aus Beton gut mit einer langsameren chemischen Batterie kombiniert werden könnte, was ihm die Fähigkeit verleiht, Stromstöße abzugeben schnelle Einspeisung ins Netz sowie längerfristige Einspeisungen bei geringerer Leistung.

Andererseits ist unklar, ob diese Art von Beton für den Einsatz im Freien geeignet wäre, wo es nass werden kann. Es ist auch unklar, ob diese Beton-Superkondensatoren praktisch vor Ort gegossen werden können, um sich vor Ort selbst zusammenzusetzen. Oder tatsächlich, ob jedes Elektrodenpaar abgedichtet werden muss, oder tatsächlich genau, wo und wie Sie diese Betonblöcke verkabeln würden, um Ihr Haus mit Strom zu versorgen, oder ob tatsächlich Beton-Superkondensatoren wie dieser berührungssicher wären.

Sicherlich aber ein faszinierendes Projekt, und wir werden gespannt sein, wie es voranschreitet.

Die Forschung ist Open Access in der Zeitschrift PNAS.

Source: MIT News