MIT-Ingenieure kombinieren Zement und Ruß, um eine Batteriealternative zu entwickeln

Jul 21, 2023

Ingenieure am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein neuartiges, kostengünstiges Energiespeichersystem entwickelt, das aus zwei der allgegenwärtigsten historischen Materialien der Menschheit hergestellt wurde – Zement und Ruß (der sehr feiner Holzkohle ähnelt).

Die Forscher fanden heraus, dass die beiden Materialien mit Wasser kombiniert werden können, um einen Superkondensator – eine Alternative zu Batterien – herzustellen, der die Speicherung elektrischer Energie ermöglichen könnte.

Die Technologie könnte die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Solar-, Wind- und Gezeitenenergie erleichtern, indem sie es ermöglicht, dass Energienetze trotz Schwankungen im Angebot an erneuerbaren Energien stabil bleiben.

Die Forscher sagten, der Superkondensator könnte irgendwann in das Betonfundament eines Hauses eingebaut werden, wo er die Energie eines ganzen Tages speichern könnte, während er die Kosten des Fundaments kaum (oder gar nicht) erhöht und dennoch die erforderliche strukturelle Festigkeit bietet.

Sie stellen sich auch eine Betonfahrbahn vor, die das kontaktlose Aufladen von Elektroautos ermöglichen könnte, während sie über diese Straße fahren.

„Das Material ist faszinierend“, sagte Admir Masic, Professor am MIT, „weil es das am häufigsten verwendete künstliche Material der Welt gibt, Zement, das mit Ruß kombiniert wird, einem bekannten historischen Material – dem Damit wurden Schriftrollen vom Toten Meer geschrieben!

Es gibt diese mindestens zwei Jahrtausende alten Materialien, aus denen, wenn man sie auf eine bestimmte Weise kombiniert, ein leitfähiges Nanokomposit entsteht, und dann wird es wirklich interessant.“

Während die Mischung aushärtet und aushärtet, erklärt er: „Das Wasser wird systematisch durch Hydratationsreaktionen des Zements verbraucht, und diese Hydratation wirkt sich grundsätzlich auf Kohlenstoff-Nanopartikel aus, da sie hydrophob (wasserabweisend) sind.“

Und während sich die Mischung entwickelt, „assembliert sich der Ruß selbst zu einem verbundenen leitfähigen Draht“, fügte Masic hinzu.

Der Prozess ist leicht reproduzierbar, wobei die Materialien kostengünstig und überall auf der Welt leicht verfügbar sind. Und die benötigte Kohlenstoffmenge ist sehr gering – nur 3 Volumenprozent der Mischung – um ein versickertes Kohlenstoffnetzwerk zu erreichen, sagte Masic.

Die einfache, aber innovative Technologie wird in einem bevorstehenden Artikel in der Zeitschrift PNAS beschrieben.

Superkondensatoren aus diesem Material hätten großes Potenzial, den weltweiten Übergang zu erneuerbaren Energien zu unterstützen, sagte MIT-Professor Franz-Josef Ulm.

Die wichtigsten Quellen emissionsfreier Energie, Wind-, Solar- und Gezeitenenergie, erzeugen ihre Leistung alle zu unterschiedlichen Zeiten, die oft nicht den Spitzen des Stromverbrauchs entsprechen. Daher sind Möglichkeiten zur Speicherung dieser Energie unerlässlich.

„Es besteht ein enormer Bedarf an großen Energiespeichern“, fügte Ulm hinzu, „und bestehende Batterien sind zu teuer und basieren hauptsächlich auf Materialien wie Lithium, deren Vorräte begrenzt sind, sodass billigere Alternativen dringend benötigt werden.“

„Hier ist unsere Technologie äußerst vielversprechend, denn Zement ist allgegenwärtig“, sagte Ulm abschließend.

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