Революція в енергетиці: будинки майбутнього зможуть самі забезпечувати світло

Науковці шукають спосіб вбудувати накопичення енергії прямо у будівельні матеріали, щоб будинки менше залежали від зовнішніх джерел струму. 

Дослідники надрукували на бетонній плиті електроди, які перетворили звичайний цемент на джерело живлення.

Нове дослідження показало, що звичайні стіни й перекриття можуть у майбутньому робити набагато більше, ніж просто тримати будівлю. Вчені випробували матеріал, який одночасно витримує навантаження і здатен заряджатися, мов акумулятор. Перші тести вже дали несподіваний результат.

Як пише видання PSM7, дослідники створили цементний суперконденсатор і навіть встигли перевірити його в дії. Експериментальний матеріал поєднав здатність зберігати заряд із міцністю, яку очікують від звичайного бетону для плит і сходів.

Головне відкриття в тому, що команда змішала цемент, вуглецеві нанотрубки та технічний вуглець в єдине чорнило для 3D-друку. З цієї суміші на невеликій бетонній плиті надрукували електроди у формі переплетених пальців. Саме ця геометрія і стала ключем до ефективності нового матеріалу.

Коли цемент почав взаємодіяти з водою, його пори заповнилися водою та іонами, які отримали змогу вільно рухатися між електродами. Через близьке розташування електродів одне до одного заряджені частинки долали значно коротший шлях. Це суттєво підвищило ефективність усього пристрою порівняно з попередніми спробами поєднати бетон та електроніку.

Автор дослідження Цзін Чжун пояснив, навіщо взагалі потрібна така технологія.

"Якщо відновлювану енергію можна буде отримувати достатньо часто для підзарядки, такі елементи зможуть закривати частину енергетичних потреб завдяки постійному циклу заряджання і розряджання", - зазначив науковець.

Дослідники об'єднали три таких суперконденсатори на одній плиті та підʼєднали їх до невеликої групи світлодіодів, які спокійно засвітилися. За результатами випробувань, матеріал витримує стиснення на рівні 23 мегапаскалів, що відповідає показникам звичайного структурного бетону для будівель. Водночас пристрій видає напругу до одного вольта.

Варто розуміти, що суперконденсатори не зберігають стільки енергії, скільки звичайні акумулятори. Натомість вони вміють миттєво поглинати і віддавати заряд, та витримують мільйони циклів перезарядки без суттєвого зносу. Саме тому технологія підходить не для живлення всього будинку, а радше для окремих вузьких задач.

У перспективі такі "розумні" стіни могли б забезпечувати аварійне освітлення під час відключень електроенергії або живити автономні датчики, які фіксують температуру, вологість чи інші параметри будівлі. Якщо поруч із будинком встановити сонячні панелі, частину виробленої енергії можна було б одразу зберігати прямо в конструкції стін чи плит перекриття, а не виносити громіздкі акумулятори на дах або в окреме технічне приміщення.

Поки що розробка існує лише у вигляді лабораторного зразка на невеликій плиті, і до масового будівництва з "розумного" бетону ще далеко. Втім, напрямок виглядає перспективним, адже поєднує дві функції в одному матеріалі: несучу здатність і накопичення електроенергії, без потреби монтувати окремі батареї.