Forscher sagen, dass Ihr nächstes Zuhause über Superkondensatorfundamente aus Beton verfügen könnte

Feb 04, 2024

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Harvard University haben einen neuartigen Ansatz für die Massenspeicherung erneuerbarer Energien entwickelt: Sie verwandeln Zement und Kohlenstoff in Superkondensatoren anstelle von umweltproblematischen Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien.

„Das [verwendete] Material ist faszinierend“, sagt Mitautor Admir Masic, Professor am MIT, über das Projekt des Teams, „weil es das am häufigsten verwendete künstliche Material der Welt gibt, Zement, das mit Kohlenstoff kombiniert wird.“ Schwarz, das ist ein bekanntes historisches Material – die Schriftrollen vom Toten Meer wurden damit geschrieben. Es gibt diese mindestens zwei Jahrtausende alten Materialien, aus denen, wenn man sie auf eine bestimmte Weise kombiniert, ein leitfähiges Nanokomposit entsteht, und das ist wenn es richtig interessant wird.

Mit „interessant“ meint Masic „funktionell“: Was das Team durch eine Kombination aus Zement, Ruß und Wasser geschaffen hat, ist ein Material, das als Superkondensator zur Speicherung elektrischer Energie fungiert. Das in großen Mengen und zu geringen Kosten herstellbare Material könnte in einer Reihe von Bauprojekten einfachen Beton ersetzen – zum Beispiel für die Fundamente eines Hauses und als ausreichender Speicher für den Energieverbrauch eines ganzen Tages Schätzungen des Teams.

Die Zement-Superkondensatoren sind überraschend einfach herzustellen: Eine Mischung aus Zement, Wasser und bis zu 10 Prozent Ruß wird gemischt und ausgehärtet, wodurch ein Netzwerk aus leitfähigem Material innerhalb des festen Blocks entsteht. Das Einweichen in Kaliumchlorid liefert den Elektrolyten, der benötigt wird, um den Block in eine Elektrode umzuwandeln. Zwei solcher durch Luft oder einen anderen Isolator getrennten Elektroden bilden daraus einen funktionierenden Superkondensator.

„Man kann von 1-Millimeter-dicken Elektroden zu 1-Meter-dicken Elektroden übergehen“, bemerkt der Mitautor Franz-Josef Ulm, MIT-Professor, „und auf diese Weise kann man im Grunde die Energiespeicherkapazität von der Beleuchtung an skalieren.“ LED für ein paar Sekunden, um ein ganzes Haus mit Strom zu versorgen.

Bei Tests gelang es dem Team, kompakte Zement-Superkondensatoren mit einem Durchmesser von 1 cm und einer Dicke von 1 mm (ca. 0,4 Zoll bzw. 0,04 Zoll) herzustellen, die auf bis zu 1 V aufgeladen und in Reihe zum Betrieb einer 3-V-LED verwendet werden konnten. Der nächste Schritt: Skalierung der Technologie auf die Größe einer Autobatterie, dann auf eine Variante im Haushaltsmaßstab von 45 Kubikmetern (rund 45 Kubikyards), die 10 Kilowattstunden (kWh) Energie speichern könnte.

Das Team hat den Beton auch für den Einsatz auf Straßen vorgeschlagen, wo er Energie aus Solarpaneelen am Straßenrand speichert und über drahtlose Stromversorgungssysteme abgibt, um Elektrofahrzeuge während der Fahrt automatisch aufzuladen. Es ist sogar möglich, das Material zum Heizen zu nutzen: Durch die Beaufschlagung der Carbonbetonmischung mit Strom wird diese erhitzt.

Die Arbeit des Teams wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) unter Open-Access-Bedingungen veröffentlicht; Es wurde kein Zeitplan für die Kommerzialisierung bereitgestellt.