Инженеры MIT создают энергию

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике по лицензии Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Согласно новому исследованию, два самых распространенных исторических материала человечества, цемент и технический углерод (который напоминает очень мелкий древесный уголь), могут стать основой для новой, недорогой системы хранения энергии. Эта технология может облегчить использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и приливная энергия, позволяя энергетическим сетям оставаться стабильными, несмотря на колебания поставок возобновляемой энергии.

Исследователи обнаружили, что эти два материала можно объединить с водой для создания суперконденсатора — альтернативы батареям — который может обеспечить хранение электрической энергии. В качестве примера исследователи из Массачусетского технологического института, разработавшие систему, говорят, что их суперконденсатор в конечном итоге можно будет встроить в бетонный фундамент дома, где он сможет хранить запас энергии на полный день, практически не увеличивая при этом стоимость фундамента. и при этом обеспечивая необходимую структурную прочность. Исследователи также предполагают построить бетонную дорогу, которая могла бы обеспечить бесконтактную подзарядку электромобилей во время их движения.

Простая, но инновационная технология описана на этой неделе в журнале PNAS, в статье профессоров Массачусетского технологического института Франца-Йозефа Ульма, Адмира Масича и Ян-Шао Хорна, а также еще четырех человек из Массачусетского технологического института и Института биологической инженерии Висса.

Конденсаторы в принципе представляют собой очень простые устройства, состоящие из двух электропроводящих пластин, погруженных в электролит и разделенных мембраной. Когда на конденсатор подается напряжение, положительно заряженные ионы электролита накапливаются на отрицательно заряженной пластине, а положительно заряженная пластина накапливает отрицательно заряженные ионы. Поскольку мембрана между пластинами блокирует миграцию заряженных ионов, разделение зарядов создает электрическое поле между пластинами, и конденсатор становится заряженным. Две пластины могут поддерживать эту пару зарядов в течение длительного времени, а затем очень быстро доставлять их, когда это необходимо. Суперконденсаторы — это просто конденсаторы, которые могут хранить исключительно большие заряды.

Количество энергии, которую может хранить конденсатор, зависит от общей площади поверхности его проводящих пластин. Ключом к новым суперконденсаторам, разработанным этой командой, является метод производства материала на основе цемента с чрезвычайно высокой площадью внутренней поверхности благодаря плотной взаимосвязанной сети проводящего материала в его объемном объеме. Исследователи добились этого, введя технический углерод, обладающий высокой проводимостью, в бетонную смесь вместе с цементным порошком и водой и позволив ей затвердеть. Вода естественным образом образует разветвленную сеть отверстий внутри конструкции, вступая в реакцию с цементом, а углерод мигрирует в эти пространства, образуя проволочные структуры внутри затвердевшего цемента. Эти структуры имеют фрактальную структуру: от более крупных ветвей прорастают более мелкие, а от более мелких веточек и так далее, в результате чего получается чрезвычайно большая площадь поверхности в пределах относительно небольшого объема. Затем материал пропитывают стандартным электролитом, таким как хлорид калия, своего рода соль, которая обеспечивает заряженные частицы, которые накапливаются на углеродных структурах. Исследователи обнаружили, что два электрода из этого материала, разделенные тонким пространством или изолирующим слоем, образуют очень мощный суперконденсатор.

Две пластины конденсатора функционируют так же, как два полюса перезаряжаемой батареи эквивалентного напряжения: при подключении к источнику электричества, как в случае с батареей, энергия накапливается в пластинах, а затем при подключении к нагрузке электрический ток ток течет обратно, обеспечивая питание.