Представьте себе целое 20-этажное бетонное здание, которое может накапливать энергию, как гигантская батарея. Благодаря уникальным исследованиям из Технологического университета Чалмерса, Швеция, это видение может когда-нибудь стать реальностью. Исследователи из Департамента архитектуры и гражданского строительства недавно опубликовали статью (правда, не в журнале по электрохимии, а в журнале Buildings, посвященному архитектуре), в которой изложили новую концепцию перезаряжаемых батарей из цемента. Cовместно с Центром компетенций НТИ “Технологии новых и мобильных источников энергии” при ИПХФ РАН мы попытаемся разобраться в этой работе.
Эта концептуальная батарея включает в себя цементную смесь с небольшим количеством коротких углеродных волокон, добавляемых для повышения проводимости и прочности при изгибе. В смесь встроена покрытая металлом сетка из углеродного волокна с железом или с цинком для анода и никель для катода. После долгих экспериментов удалось создать именно такой прототип, который сейчас представляют исследователи в новой статье.
«Результаты более ранних исследований, посвященных технологии бетонных батарей, показали очень низкую их производительность, поэтому мы поняли, что нам нужно выйти за рамки традиционных моделей, чтобы придумать другой способ производства электрода. Эта конкретная идея, которую мы разработали, никогда не была исследована раньше. Теперь у нас есть доказательство концепции в лабораторном масштабе», – объясняет Эмма Чжан, один из авторов работы.
Исследования Люпина Тана и Эммы Чжан позволили создать перезаряжаемую батарею на цементной основе со средней плотностью энергии 7 ватт*час на квадратный метр (или 0,8 ватт*час на литр – 0,3 Вт*ч/кг). Авторы заявляют, что рабочая производительность новой батареи может быть более чем в 10 раз выше, чем у того, что получалось в более ранних попытках создания бетонных батарей. Конечно, плотность энергии все еще низка по сравнению с коммерческими батареями (например, в сравнении с лучшими образцами литий-ионных батарей удельная плотность энергии в тысячу раз меньше), но это ограничение может быть преодолено благодаря огромному объему, при котором батарея может быть сконструирована при применении этой технологии в конструкции зданий.
Конечно, пока что к технологии очень много вопросов. Во-первых, настораживает журнал, выбранный для публикации, во-вторых, помимо низкой плотности, экспериментально показано всего лишь шесть циклов разряда/заряда. Тем не менее, сама концепция имеет право на существование.
Текст: Алексей Паевский
Zhang, Emma Q.; Tang, Luping. 2021. “Rechargeable Concrete Battery” Buildings 11, no. 3: 103. https://doi.org/10.3390/buildings11030103
