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Aug 14, 2023

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Pesquisadores do MIT descobriram que quando você mistura cimento e negro de fumo com água, o concreto resultante se automonta em um supercapacitor de armazenamento de energia que pode produzir energia suficiente para alimentar

Pesquisadores do MIT descobriram que quando você mistura cimento e negro de fumo com água, o concreto resultante se automonta em um supercapacitor de armazenamento de energia que pode produzir energia suficiente para alimentar uma casa ou carregar carros elétricos rapidamente.

Já escrevemos sobre a ideia de usar concreto para armazenamento de energia – em 2021, uma equipe da Chalmers University of Technology mostrou como quantidades úteis de energia elétrica poderiam ser armazenadas em concreto derramado em torno de eletrodos de malha de fibra de carbono, com mistura fibras de carbono para adicionar condutividade.

A descoberta do MIT parece levar as coisas para o próximo nível, uma vez que elimina a necessidade de colocar eletrodos de malha no concreto e, em vez disso, permite que o negro de fumo forme suas próprias estruturas de eletrodos conectadas como parte do processo de cura.

Este processo aproveita a forma como a água e o cimento reagem entre si; a água forma uma rede ramificada de canais no concreto à medida que começa a endurecer, e o negro de fumo migra naturalmente para esses canais. Esses canais exibem uma estrutura semelhante a um fractal, com ramos maiores se dividindo em ramos cada vez menores – e isso cria eletrodos de carbono com uma área superficial extremamente grande, percorrendo todo o concreto.

Dois desses ramos, separados por uma camada isolante ou um espaço fino, funcionam perfeitamente como placas de um supercapacitor, uma vez que tudo é banhado em um eletrólito padrão, como o cloreto de potássio.

Os supercapacitores, é claro, podem carregar e descarregar quase imediatamente, de modo que a densidade e a saída de energia são geralmente muito maiores do que as obtidas com uma bateria de lítio padrão.

A densidade de energia é menor e há uma compensação a ser feita entre quanta energia é armazenada volumetricamente e quão forte você precisa que seu concreto seja, uma vez que adicionar mais negro de fumo aumenta o armazenamento de energia e enfraquece o concreto final.

Mas o melhor aqui é que esse dispositivo de armazenamento de energia não precisa ser pequeno; o concreto tende a ser usado a granel. Uma casa americana média de 2.000 pés quadrados (185,8 m2) construída sobre uma laje de concreto razoavelmente padrão de cinco polegadas de espessura (13 cm) usa cerca de 31 jardas cúbicas (~24 m3) de concreto. Adicione mais se você tiver uma entrada de automóveis ou uma garagem de concreto, e significativamente mais se a casa for construída com paredes ou colunas de concreto.

A equipe do MIT diz que um bloco de 1.589 pés cúbicos (45 m3) de concreto dopado com nanocarbono irá armazenar cerca de 10 kWh de eletricidade – o suficiente para cobrir cerca de um terço do consumo de energia de uma casa americana média, ou para reduzir sua rede. conta de energia próxima de zero em conjunto com um painel solar no telhado de tamanho decente. Além do mais, acrescentaria pouco ou nenhum custo.

A equipe testou essas supercapacitores de concreto em pequena escala, cortando pares de eletrodos para criar minúsculos supercapacitores de 1 volt, do tamanho de baterias de botão, e usando três deles para acender um LED de 3 volts. Agora, está trabalhando em blocos do tamanho de baterias de automóveis e visando uma versão de 1.589 pés cúbicos e 10 kWh para uma demonstração em maior escala.

É uma tecnologia superescalável, de acordo com o professor do MIT Franz-Josef Ulm, coautor de um novo estudo publicado ontem na revista PNAS.

“Você pode ir de eletrodos de 1 milímetro de espessura a eletrodos de 1 metro de espessura e, ao fazer isso, basicamente você pode dimensionar a capacidade de armazenamento de energia, desde acender um LED por alguns segundos até alimentar uma casa inteira”, diz Ulm em um comunicado de imprensa.

Olhando para além da casa, o betão está em todo o lado, desde os edifícios, aos revestimentos do solo e à rede rodoviária. A equipe diz que esse concreto que armazena energia pode ser combinado com painéis solares à beira da estrada e bobinas de carregamento indutivo para criar estradas de carregamento de veículos elétricos sem fio super-rápidas e drive-through, graças à capacidade dos supercapacitores de bombear suco a granel sob demanda.

Presumivelmente, também há muito concreto usado nas fundações de grandes instalações de armazenamento de energia baseadas na rede, o que levanta a interessante possibilidade de que um supercapacitor gigante de concreto possa combinar bem com uma bateria química de movimento mais lento, dando-lhe a capacidade de fornecer choques de energia. à rede rapidamente, bem como contribuições de maior duração com menor potência.