بر اساس یک مطالعه جدید، دو مورد از رایج ترین مواد تاریخی بشریت، سیمان و کربن سیاه (که شبیه زغال بسیار ریز است) ممکن است مبنایی برای یک سیستم ذخیره انرژی جدید و کم هزینه جهت ساخت ابرخازن‌های بسیار کارآمد باشند. این فناوری می‌تواند استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، باد و جزر و مد را با امکان پایدار ماندن شبکه‌های انرژی با وجود نوسانات در عرضه انرژی تجدیدپذیر تسهیل کند. در ادامه با این طرح جذاب مهندسان انستیتو تکنولوژی ماساچوست بیشتر آشنا می‌شویم.
بنابر گزارش MIT News، تیمی از مهندسان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) روش جدیدی را برای ذخیره انرژی با استفاده از بتن که یک مصالح ساختمانی رایج است، توسعه داده‌اند. محققان در واقع نوعی بتن ساخته‌اند که می‌تواند به عنوان یک ابرخازن عمل کند و مانند باتری برق را ذخیره و ارائه کند. این تحقیق در ژورنال Advanced Functional Materials در 31 جولای 2023 منتشر شده و به سرپرستی دکتر Admir Masic، دانشیار مهندسی عمران و محیط زیست در MIT در حال توسعه و پیشرفت است.
ساخت ابرخازن با بتن با ایده الهام گرفته از روم باستان
ایده استفاده از بتن به عنوان یک وسیله ذخیره انرژی از مواد باستانی مانند معبد Jupiter در رم الهام گرفته شده که با خاکستر آتشفشانی ساخته و دارای خواص الکتروشیمیایی است. محققان سیمان را با خاکستر بادی، محصول جانبی احتراق زغال سنگ که سرشار از سیلیس و آلومینا است، مخلوط کرده و سپس آب و الکترود را به آن اضافه کرده‌اند. آنها دریافتند که بتن حاصل تا 0.8 فاراد بر متر مربع ظرفیت دارد که با برخی ابرخازن‌های تجاری قابل مقایسه است.
ساخت سازه‌های هوشمند مستقل با ابرخازن بتنی
ابرخازن بتنی دارای چندین مزیت نسبت به باتری های معمولی شامل قیمت پایین‌تر، دوام بیشتر، مقاومت در برابر آتش و سازگاری با محیط زیست است. این ماده همچنین می‌تواند در ساختار ساختمان‌ها، پل‌ها، جاده‌ها و تونل‌ها ادغام شود و آنها را هوشمندتر و پاسخگوتر به شرایط در حال تغییر کند. برای مثال، بتن می‌تواند ترک‌ها را حس کند، ترافیک را کنترل کند یا چراغ‌ها و حسگرها را روشن کند و دیگر نیاز به هیچ سیستم طراحی هوشمندی برای کنترل نیست چرا که خود سازه می‌تواند در این شرایط، حساس یا هوشمند باشد!
محققان همچنین نشان دادند که ابرخازن بتنی می‌تواند صدها هزار بار بدون از دست دادن عملکرد شارژ و تخلیه شود. آنها همچنین نشان دادند که می توان آن را با سلول های خورشیدی برای ایجاد یک سیستم انرژی خودکفا جفت کرد. علاوه بر این، آنها دریافتند که بتن را می‌توان با افزودن نانوموادی مانند گرافن یا نانولوله‌های کربنی رساناتر کرد.
یک ابرخازن بتنی می‌تواند تا 27 سال بدون از دست دادن درصدی از عملکرد خود، شارژ و دشارژ شود
این تیم امیدوار است که نمونه اولیه خود را توسعه داده و آن را در سناریوهای دنیای واقعی آزمایش کند. آنها همچنین قصد دارند راه‌های دیگری را برای بهبود عملکرد و عملکرد ابرخازن بتن بررسی نمایند. پیش‌بینی می‌شود که این فناوری بتواند در زمینه مهندسی عمران انقلابی ایجاد کند و امکانات جدیدی برای ذخیره انرژی سبز ایجاد کند.
محققان ادعا می کنند که افزودن کربن سیاه به بتن هزینه اندکی را به فرآیند ساخت اضافه می‌کند. علاوه بر این، ابرخازن بتنی می تواند بیش از 27 سال بدون از دست دادن عملکرد دوام بیاورد. این بدان معنی است که ویژگی این مواد ذخیره کننده انرژی می‌تواند در هزینه‌های تعمیر و نگهداری و جایگزینی، صرفه جویی قابل توجهی را ایجاد کند.
مقایسه ابرخازن بتنی با ابرخازن های معمولی و باتری‌های لیتیومی
- ظرفیت ویژه ابرخازن بتن 0.8 فاراد بر متر مربع است که بالاتر از کربن فعال (0.3 فاراد بر متر مربع) یا گرافن (0.4 فاراد بر متر مربع) است که دو ماده رایج برای ابرخازن ها هستند.
- چگالی انرژی ابرخازن بتن 7 وات بر متر مکعب است که کمتر از باتری‌های لیتیوم یونی (250 وات بر لیتر) است، اما بیشتر از ابرخازن‌های معمولی (5 وات بر لیتر) است.
- چگالی توان ابرخازن بتن 790 وات بر متر مکعب است که از باتری‌های لیتیوم یونی (250 وات بر لیتر) بیشتر است، اما نسبت به ابرخازن‌های معمولی (10 کیلووات بر لیتر) کمتر است.
- هزینه ساخت ابرخازن بتنی 0.5 دلار در کیلووات ساعت تخمین زده می شود که بسیار کمتر از باتری های لیتیوم یونی (500 دلار در کیلووات ساعت) یا ابرخازن های معمولی (2500 دلار در کیلووات ساعت) است.
این داده ها نشان می دهد که ابرخازن بتن دارای ترکیبی منحصر به فرد از خواص است که آن را برای کاربردهای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ و طولانی مدت مناسب می کند.
بهینگی هر وات ساعت یک ابرخازن بیش از 20 برابر بیشتر از باتری‌های لیتیوم یونی است. از سوی دیگر باتری‌های لیتیوم یونی عمر محدودی دارند و می‌توانند در طول زمان تخریب شوند و نیاز به تعویض مکرر دارند. آنها همچنین خطر آتش سوزی و انفجار را به همراه دارند و به دلیل اجزای سمی خود می توانند به محیط زیست آسیب وارد کنند.
فراموش نکنید که این طرح همچنان در حد یک پروژه دانشگاهی است و راه زیادی برای رسیدن به یک مدل تجاری و عمومی دارد ولی با توجه به پتانسیل قابل توجهی که در مورد آن مطرح شده شاید بتواند یک ایده ناب برای کنار گذاشتن همیشگی باتری‌های لیتیومی باشد.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت