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Investigadores del MIT han descubierto que cuando se mezcla cemento y negro de carbón con agua, el concreto resultante se autoensambla en un supercondensador de almacenamiento de energía que puede producir suficiente energía para alimentar una casa o cargar rápidamente automóviles eléctricos.

Ya hemos escrito antes sobre la idea de utilizar hormigón para el almacenamiento de energía: allá por 2021, un equipo de la Universidad Tecnológica de Chalmers demostró cómo se podían almacenar cantidades útiles de energía eléctrica en hormigón vertido alrededor de electrodos de malla de fibra de carbono, con mezclas Fibras de carbono para agregar conductividad.

El descubrimiento del MIT parece llevar las cosas al siguiente nivel, ya que elimina la necesidad de colocar electrodos de malla en el concreto y, en cambio, permite que el negro de humo forme sus propias estructuras de electrodos conectados como parte del proceso de curado.

Este proceso aprovecha la forma en que el agua y el cemento reaccionan juntos; el agua forma una red ramificada de canales en el hormigón a medida que comienza a endurecerse, y el negro de carbón migra naturalmente a esos canales. Estos canales exhiben una estructura similar a un fractal, con ramas más grandes que se dividen en otras cada vez más pequeñas, y eso crea electrodos de carbono con una superficie extremadamente grande, que se extiende por todo el hormigón.

Dos de estas ramas, separadas por una capa aislante o un espacio delgado, funcionan felizmente como las placas de un supercondensador una vez que todo ha sido bañado en un electrolito estándar, como el cloruro de potasio.

Los supercondensadores, por supuesto, pueden cargarse y descargarse casi inmediatamente, por lo que la densidad de potencia y la salida son generalmente mucho más altas que las que se obtendrían con una batería de litio estándar.

La densidad de energía es menor y hay que hacer un equilibrio entre la cantidad de energía que se almacena volumétricamente y la resistencia que necesita que tenga el concreto, ya que agregar más negro de carbón aumenta el almacenamiento de energía y debilita el concreto final.

Pero lo mejor aquí es que este dispositivo de almacenamiento de energía no tiene por qué ser pequeño; El hormigón tiende a utilizarse a granel. Una casa estadounidense promedio de 185,8 m2 (2000 pies cuadrados) construida sobre una losa de concreto razonablemente estándar de 13 cm (5 pulgadas) de espesor utiliza alrededor de 31 yardas cúbicas (~24 m3) de concreto. Agregue más si tiene un camino de entrada o un garaje de concreto, y mucho más si la casa está construida con paredes o columnas de concreto.

El equipo del MIT dice que un bloque de 45 m3 (1,589 pies cúbicos) de concreto dopado con nanocarbono negro almacenará alrededor de 10 kWh de electricidad, suficiente para cubrir alrededor de un tercio del consumo de energía de un hogar estadounidense promedio o para reducir su red. factura de energía cercana a cero en conjunto con un panel solar en la azotea de tamaño decente. Es más, añadiría poco o ningún coste.

El equipo ha probado estos supercondensadores de hormigón a pequeña escala, cortando pares de electrodos para crear pequeños supercondensadores de 1 voltio del tamaño de pilas de botón y utilizando tres de ellos para encender un LED de 3 voltios. Ahora, está trabajando en bloques del tamaño de baterías de automóviles y apunta a una versión de 1,589 pies cúbicos y 10 kWh para una demostración a mayor escala.

Es una tecnología súper escalable, según el profesor del MIT Franz-Josef Ulm, coautor de un nuevo estudio publicado ayer en la revista PNAS.

"Se puede pasar de electrodos de 1 milímetro de espesor a electrodos de 1 metro de espesor y, al hacerlo, básicamente se puede escalar la capacidad de almacenamiento de energía, desde encender un LED durante unos segundos hasta alimentar una casa entera", dice Ulm en comunicado de prensa.

Más allá del hogar, el hormigón está absolutamente en todas partes, desde los edificios hasta los revestimientos del suelo y la red de carreteras. El equipo dice que este hormigón que almacena energía podría combinarse con paneles solares al borde de la carretera y bobinas de carga inductiva para crear carreteras de carga inalámbrica para vehículos eléctricos súper rápidas gracias a la capacidad de los supercondensadores de bombear jugo a granel según sea necesario.

Es de suponer que también se utiliza mucho hormigón en los cimientos de grandes instalaciones de almacenamiento de energía basadas en redes, lo que plantea la interesante posibilidad de que un supercondensador de hormigón gigante pueda combinarse bien con una batería química de movimiento más lento, dándole la capacidad de generar descargas de energía. a la red rápidamente, así como contribuciones de mayor duración a menor potencia.

Por otro lado, no está claro si este tipo de hormigón sería adecuado para uso en exteriores, donde se mojaría. Tampoco está claro si estos supercondensadores de hormigón se pueden verter prácticamente in situ para autoensamblarse in situ. O, de hecho, si es necesario sellar cada par de electrodos, o exactamente dónde y cómo conectaría estos bloques de concreto para alimentar su casa, o incluso si sería seguro tocar supercondensadores de concreto como este.

Sin embargo, sin duda es un proyecto fascinante y nos interesará saber cómo avanza.

La investigación es de acceso abierto en la revista PNAS.

Fuente: Noticias del MIT