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Jun 09, 2023

Gli scienziati del MIT propongono di immagazzinare energia utilizzando blocchi di cemento

Piano per la commercializzazione dei supercondensatori nei prossimi anni I ricercatori del MIT hanno proposto una nuova batteria alternativa realizzata con materiali molto semplici. Blocchi di cemento infusi con una forma di carbonio

Pianificare la commercializzazione dei supercondensatori nei prossimi anni

I ricercatori del MIT hanno proposto una nuova batteria alternativa realizzata con materiali molto semplici.

Blocchi di cemento infusi con una forma di carbonio simile alla fuliggine potrebbero immagazzinare energia sufficiente ad alimentare intere famiglie. Un singolo blocco di 3,5 metri potrebbe contenere 10 kWh di energia e alimentare una casa per un giorno, e la tecnologia potrebbe essere commercializzata nel giro di pochi anni, dicono gli scienziati.

Condensatori simili integrati nelle strade potrebbero caricare le auto in modalità wireless, affermano in un articolo i professori del MIT Franz-Josef Ulm, Admir Masic e Yang-Shao Horn e altri del MIT e del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering.

Gli scienziati hanno scoperto che il nerofumo, una forma dell’elemento presente nel materiale non completamente bruciato, può essere aggiunto ai blocchi di cemento mentre si solidificano, trasformandoli in supercondensatori, in grado di trattenere grandi cariche elettriche.

I condensatori mantengono la carica elettrica, su conduttori metallici separati. L'energia che trattengono dipende dall'area superficiale del materiale conduttivo e il team ha scoperto che è possibile creare un'area superficiale enorme in modo molto semplice, aggiungendo nerofumo al cemento bagnato.

Il nerofumo è molto conduttivo e si diffonde nel cemento bagnato, entrando nelle cavità lasciate dall'acqua mentre reagisce durante il processo di indurimento. Questo crea una rete di minuscole microfibre filiformi all'interno dell'eventuale blocco solido di cemento, strutturato in modo frattale, con più rami che supportano rami sempre più piccoli.

Il materiale viene quindi immerso in sale come il cloruro di potassio, che agisce come un elettrolita, fornendo le particelle cariche che si accumulano sulle strutture di carbonio. Due elettrodi di questo materiale, separati da uno spazio sottile o da uno strato isolante, formano un supercondensatore molto potente.

“Il materiale è affascinante”, afferma Masic, “perché si tratta del materiale artificiale più utilizzato al mondo, il cemento, combinato con il nerofumo, che è un materiale storico ben noto: con esso furono scritti i Rotoli del Mar Morto”. . Ci sono questi materiali vecchi di almeno due millenni che quando li combini in un modo specifico ottieni un nanocomposito conduttivo, ed è allora che le cose diventano davvero interessanti."

Man mano che la miscela si solidifica, "il nerofumo si autoassembla in un filo conduttivo collegato", afferma.

I condensatori in cemento possono essere prodotti ovunque nel mondo e i blocchi funzionano con solo il 3% di nerofumo nella miscela.

I blocchi potrebbero aiutare nella transizione energetica, perché in tutto il mondo è necessario lo stoccaggio di energia per bilanciare l’energia rinnovabile come l’energia solare ed eolica, che non viene prodotta nello stesso momento in cui è necessaria.

“C’è un enorme bisogno di grandi stoccaggi di energia”, afferma Ulm, e le batterie esistenti sono costose e si basano su materiali come il litio, la cui fornitura è limitata, quindi sono assolutamente necessarie alternative più economiche. "È qui che la nostra tecnologia è estremamente promettente, perché il cemento è onnipresente."

Il team ha calcolato che un blocco di materiale da 45 metri cubi di cemento drogato con nanocarbonio avrebbe una capacità sufficiente per immagazzinare circa 10kWh di energia, che si stima sia il consumo medio giornaliero di elettricità per una famiglia, quindi le case remote off-grid con le batterie nelle fondazioni potrebbero funzionare utilizzando mulini a vento o pannelli solari.

Nei data center potrebbe essere possibile avere batterie UPS che fanno parte della struttura dell'edificio.

Se sono necessari condensatori più potenti, possono essere realizzati con una maggiore concentrazione di nerofumo, a scapito di una certa resistenza strutturale. Ciò potrebbe essere utile per applicazioni in cui il calcestruzzo non svolge un ruolo strutturale o dove non è richiesta la piena resistenza potenziale del calcestruzzo. Per applicazioni come fondamenta o elementi strutturali della base di una turbina eolica, il “punto ottimale” è circa il 10% di nerofumo nella miscela, afferma il team.

Come prova del concetto, il team ha iniziato con supercondensatori delle dimensioni di una batteria a bottone, un centimetro di diametro e un millimetro di spessore. Tre di questi sono stati caricati a un volt e utilizzati per alimentare un diodo emettitore di luce (LED) da 3 V.