Prąd będziemy teraz trzymać w ścianach. Fotowoltaika będzie opłacalna jak nigdy

Płot, który produkuje prąd i jest elektrownią wiatrową to jeden z pomysłów na wykorzystanie architektury w zielonej energetyce - pisaliśmy o tym niedawno. Tymczasem naukowcy z Massachusetts Institute of Technology idą krok dalej.

Największy problem z zieloną energią dotyczy jej magazynowania. Bywa, że wiatr wieje najmocniej w dni wolne, albo w okresie świąt. Podobnie może być ze słonecznymi dniami. Nadmiar energii jest wtedy dużym problemem, bo nie ma jej jak wykorzystać.

Naukowcy z MIT poinformowali, że dwa materiały, towarzyszące ludzkości od dawna, cement i sadza (przypominająca bardzo drobny węgiel drzewny), mogą stanowić podstawę nowatorskiego, taniego systemu magazynowania energii.

Technologia ta może ułatwić wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna i wiatrowa, umożliwiając stabilność pracy sieci energetycznych pomimo wahań w dostawach energii odnawialnej.

Naukowcy odkryli, że oba materiały można połączyć z wodą, aby stworzyć superkondensator – alternatywę dla akumulatorów – który mógłby zapewnić magazynowanie energii elektrycznej. Superkondensatory ładują się znacznie szybciej niż akumulatory litowo-jonowe i nie wykazują takiego samego poziomu pogorszenia wydajności. 

Badacze z MIT, którzy opracowali ten system, twierdzą, że ich superkondensator można wbudować w betonowy fundament domu, gdzie mógłby magazynować energię na cały dzień, nie zwiększając przy tym w niewielkim stopniu (lub wcale) kosztu fundamentu. Materiał nadal zapewniałby przy tym niezbędną wytrzymałość konstrukcyjną.

Więcej o energii przyszłości przeczytasz na Spider`s Web:

To wciąż dopiero początek, a naukowcy pracują nad zwiększeniem wydajności swojego wynalazku. Zespół planuje teraz zbudować większe wersje, w tym jedną o pojemności do 45 m3, która byłaby w stanie zmagazynować około 10 kWh energii. 

W rozmowie z BBC Stefaniuk przyznał, że ich superkondensatory nie są idealne. Istniejące wersje szybko rozładowują energię i nie zapewniają stałej mocy wyjściowej. Stefaniuk twierdzi, że wraz z kolegami pracuje nad rozwiązaniem, które umożliwiłoby ulepszenie rozwiązania poprzez zastosowanie specjalnej mieszanki, ale nie ujawnia szczegółów, dopóki nie zakończy testów i nie opublikuje artykułu naukowego na ten temat.

Naukowcy planują także betonową jezdnię, która mogłaby zapewnić bezdotykowe ładowanie samochodów elektrycznych poruszających się tą drogą.

Kondensatory są w zasadzie bardzo prostymi urządzeniami, składającymi się z dwóch elektrycznie przewodzących płytek zanurzonych w elektrolicie i oddzielonych membraną. Kiedy do kondensatora przyłożone jest napięcie, dodatnio naładowane jony z elektrolitu gromadzą się na ujemnie naładowanej płycie, podczas gdy dodatnio naładowana płyta gromadzi jony naładowane ujemnie.

Ponieważ membrana pomiędzy płytami blokuje migrację naładowanych jonów, to rozdzielenie ładunków wytwarza pole elektryczne pomiędzy płytami, a kondensator zostaje naładowany.

Dwie płyty mogą utrzymać tę parę ładunków przez długi czas, a następnie dostarczyć je bardzo szybko, gdy zajdzie taka potrzeba. Superkondensatory to po prostu kondensatory, które mogą przechowywać wyjątkowo duże ładunki.

Ilość energii, jaką kondensator może zgromadzić, zależy od całkowitej powierzchni jego płytek przewodzących. Klucz do nowych superkondensatorów kryje się w metodzie wytwarzania materiału na bazie cementu o niezwykle dużej powierzchni wewnętrznej. Osiągnięto to dzięki gęstej, wzajemnie połączonej sieci materiału przewodzącego w wewnątrz betonu. 

Naukowcy dokonali tego poprzez wprowadzenie do mieszanki wraz z cementem i wodą także sadzy technicznej, która charakteryzuje się wysoką przewodnością. Woda w naturalny sposób tworzy w strukturze rozgałęzioną sieć otworów, reagując z cementem, a węgiel migruje do tych przestrzeni, tworząc w stwardniałym cemencie struktury przypominające drut.

Struktury te mają strukturę fraktalną, z większymi gałęziami wypuszczającymi mniejsze gałęzie, a te wypuszczają jeszcze mniejsze gałęzie itd., kończąc na niezwykle dużej powierzchni w ramach stosunkowo małej objętości.

Materiał jest następnie moczony w standardowym materiale elektrolitowym, takim jak chlorek potasu. Naukowcy odkryli, że dwie elektrody wykonane z tego materiału, oddzielone cienką przestrzenią lub warstwą izolacyjną, tworzą bardzo mocny superkondensator.

Nowy superkondensator MIT jest wyjątkowy ze względu na swoją prostotę i niskie koszty produkcji. Cement i sadza to powszechnie dostępne i niedrogie materiały, a woda jest łatwo dostępna. Oznacza to, że technologia ta może być skalowana na dużą skalę i stosowana w różnych zastosowaniach.

To odkrycie może mieć ogromny wpływ na sposób, w jaki generujemy i wykorzystujemy energię. Superkondensatory na bazie cementu mogą pomóc nam magazynować energię z odnawialnych źródeł, takich jak słońce i wiatr, co może przyspieszyć przejście na czystą energię.