Первые в мире перезаряжаемые батареи на основе цемента

Перезаряжаемые батареи на основе цемента, используемые в качестве функционального бетона. Иллюстрация: Йен Страндквист. ​

Представьте себе целое двадцатиэтажное бетонное здание, которое может накапливать энергию, как гигантская батарея. Благодаря уникальному исследованию Технологического университета Чалмерса, Швеция, такое видение когда-нибудь может стать реальностью. Исследователи из Департамента архитектуры и гражданского строительства недавно опубликовали статью, в которой излагается новая концепция перезаряжаемых батарей — из цемента.

Постоянно растущая потребность в экологичных строительных материалах ставит перед исследователями большие задачи. Доктор Эмма Чжан, ранее работавшая в Технологическом университете Чалмерса, Швеция, несколько лет назад присоединилась к исследовательской группе профессора Лупинга Танга для поиска строительных материалов будущего. Вместе им удалось разработать первую в мире концепцию перезаряжаемой батареи на цементной основе.

 

Сначала используется смесь на основе цемента с добавлением небольшого количества коротких углеродных волокон для повышения проводимости и прочности на изгиб. Затем в смесь встраивают сетку из углеродного волокна с металлическим покрытием — железо для анода и никель для катода. После долгих экспериментов исследователи представили прототип.

 

   – Результаты более ранних исследований технологии бетонных аккумуляторов показали очень низкую производительность, поэтому мы поняли, что должны мыслить нестандартно, чтобы придумать другой способ производства электрода. Эта конкретная идея, которую мы разработали, которая также является перезаряжаемой, никогда ранее не исследовалась. Теперь у нас есть доказательство концепции в лабораторных масштабах», — объясняет Эмма Чжан.

 

В результате исследований Люпинга Танга и Эммы Чжан была получена перезаряжаемая батарея на цементной основе со средней плотностью энергии 7 ватт-часов на квадратный метр (или 0,8 ватт-часов на литр).

Плотность энергии используется для выражения емкости батареи, и, по скромным оценкам, производительность новой батареи Чалмерса может быть более чем в десять раз выше, чем у предыдущих попыток создания конкретных батарей. Плотность энергии по-прежнему низкая по сравнению с коммерческими батареями, но это ограничение может быть преодолено благодаря огромному объему, при котором батарея может быть сконструирована при использовании в зданиях.

 

Потенциальный ключ к решению проблем с хранением энергии   

 

Тот факт, что батарея является перезаряжаемой, является ее наиболее важным качеством, а возможности использования, если эта концепция получит дальнейшее развитие и коммерциализацию, почти ошеломляют. очевидная возможность, мониторинг — это другое. Исследователи видят приложения, которые могут варьироваться от питания светодиодов, обеспечения соединений 4G в удаленных районах или катодной защиты от коррозии в бетонной инфраструктуре.

 

   – Он также может быть соединен с панелями солнечных батарей, например, для обеспечения электричеством и стать источником энергии для систем мониторинга на автомагистралях или мостах, где датчики, работающие от бетонной батареи, могут обнаруживать трещины или коррозию», – предлагает Эмма Чжан. .

 

Концепция использования строений и зданий таким образом может быть революционной, потому что она предлагает альтернативное решение энергетического кризиса, обеспечивая большой объем хранения энергии. Бетон, который образуется путем смешивания цемента с другими ингредиентами, является наиболее часто используемым строительным материалом в мире. С точки зрения устойчивости он далек от идеала, но возможность добавления к нему функциональности может открыть новое измерение. Эмма Чжан комментариев:

 

– У нас есть видение, что в будущем эта технология позволит делать целые секции многоэтажных домов из функционального бетона. Учитывая, что слой этого электрода может быть заделан в любую бетонную поверхность, речь идет об огромных объемах функционального бетона».

 

Остаются проблемы с аспектами срока службы

 

Идея все еще находится на очень ранней стадии. Технические вопросы, которые необходимо решить, прежде чем коммерциализация технологии станет реальностью, включают продление срока службы батареи и разработку методов утилизации.

 

   — Поскольку бетонная инфраструктура обычно строится на пятьдесят или даже сто лет, батареи должны быть усовершенствованы, чтобы соответствовать этому сроку или чтобы их было легче заменять и перерабатывать, когда срок их службы истек. На данный момент это представляет собой серьезную проблему с технической точки зрения», — говорит Эмма Чжан.

 

Но исследователи надеются, что их разработка может многое предложить.

   – Мы убеждены, что эта концепция вносит большой вклад в то, чтобы позволить будущим строительным материалам иметь дополнительные функции, такие как возобновляемые источники энергии», – заключает Лупин Тан.

Текст: Катарина Бьорк    

 

Прочитайте научную статью Rechargeable Concrete Battery в научном журнале Buildings.
Исследовательский проект финансировался Шведским энергетическим агентством (Energimyndigheten)

g
Профессор кафедры архитектуры и гражданского строительства Технологического университета Чалмерса tang. [email protected] +46 31 772 9005 2305 

Эмма Циннан Z повесить
Доктор, ранее работавший на факультете архитектуры и гражданского строительства Технологического университета Чалмерса, ныне старший научный сотрудник Delta of Sweden.
[email protected]   +46 768 80 35 33 

Ученые нашли способ питать устройства с помощью одежды

• Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре разработали способ превратить ваше тело в аккумулятор с помощью одежды.
• Кусок ткани размером 3 на 4 сантиметра вырабатывал достаточно энергии для питания 100 светодиодов в течение пяти месяцев.
• Эта долговечность достигается благодаря полимеру, который преобразует механическое напряжение в электричество при сжатии, растяжении или сжатии.

---

Батареи обеспечивают энергией электронные устройства. Ваше тело генерирует и использует энергию. Следовательно, вы в основном батарея.

Когда вы бежите, идете или даже дышите, ваше тело движется. Система, достаточно точно настроенная для сбора и хранения этого выхода, может преобразовывать его в энергию для электроники, которую мы носим с собой каждый день. Очевидным субстратом для построения такой системы является наша одежда, поскольку она движется вместе с нами.

Но без ряда проводов или магнитных катушек, как одежда из хлопка, шерсти, полиэстера или даже кожи может собирать, хранить и транспортировать электричество? Команда из Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре считает, что у них есть ответы, чтобы, наконец, задействовать ваш внутренний генератор и избавить вас от необходимости одалживать шнур для зарядки.

Концепция защиты от стирки

Человеческое движение, приводящее в действие электрическое оборудование, не является чем-то новым. Район искусств в Лас-Вегасе, штат Невада, уже использует шаги прохожих для питания своего освещения, а ночной клуб в Глазго, Шотландия, объявил в прошлом году, что собирается использовать энергию всех этих танцующих тел для питания своих систем отопления и охлаждения.

Даже энергогенерирующие системы в одежде существуют некоторое время с крошечными проводами и схемами, встроенными в ткань. Недостатком этих проектов на данный момент является то, что чувствительные схемы плохо реагируют на то, что их раздавливают в ящике стола или стирают.

Погрузитесь глубже ⬇️

• Вибрирующая одежда может изменить восприятие вашего тела
• Как ученые могут превратить ваше тело в батарею
• Изобретение 91-летнего старика может продлить срок службы батареи

Но вот где команда NTU дала идею вашей еженедельной силовой прогулки, заряжающей ваш iPhone, огромным выстрелом в руку: кусок ткани размером 3 сантиметра на 4 сантиметра, появившийся в результате их проверки концепции, сгенерировал достаточно энергии для питания 100 светоизлучающих диодов (LED). А после стирки, складывания или комкания ткань продолжала работать на том же уровне до пяти месяцев. Недавняя статья с описанием их работы появилась в журнале Advanced Materials .

Он работает так хорошо, потому что одним из компонентов материала является полимер, который преобразует механическое напряжение в электричество при сжатии, растяжении или сжатии от трения при контакте с другой поверхностью, например с кожей. Он хорошо работает так долго, потому что его резиноподобное поведение делает его прочным, гибким и водонепроницаемым.

Изготовление батареи

Чтобы построить батарею для своего тела, ученые NTU сначала напечатали трафаретной печатью рисунок электрода на материале, состоящем из серебра и химического вещества под названием стирол-этилен-бутилен-стирол (SEBS), основы для пеноматериала. как резина, которую вы можете найти в ручках велосипедного руля.

Затем электрод прикрепляют к куску нановолокна, состоящего из … глубокого дыхания … поли(винилиденфторида)-со-гексафторпропилена (PVDF-HPF), мощного пьезоэлектрического материала и перовскитов, которые минералы оксида титана кальция.