Команда дослідників успішно розробила інноваційний суперконденсатор на цементній основі, який можна вбудовувати безпосередньо в будівельні конструкції. Така розробка відкриває нові можливості для перетворення звичайних будинків на локальні енергетичні центри.
На відміну від традиційних батарей, суперконденсатори накопичують порівняно невелику кількість електроенергії, однак вирізняються швидким поглинанням та вивільненням потужності. Ці пристрої здатні витримувати мільйони циклів заряджання без істотного зниження продуктивності.
Як працює цементний суперконденсатор
Провідний дослідник Цзин Чжун разом з колегами Веньцаєм Реном і Хайпіном У розроблювали суперконденсатор поетапно. Спочатку фахівці створили спеціальне чорнило, змішавши вуглецеві нанотрубки, технічний вуглець та цемент. За допомогою 3D-принтера чорнило наносили на невеликі бетонні плити в певному візерунку, що нагадує схрещені пальці.
Під час природної гідратації цементу його мікропори заповнювались водою та іонами, які легко переміщувалися між електродами. Така конструкція значно скорочувала відстань, яку долали заряджені частинки, що підвищило загальну ефективність пристрою порівняно з попередніми розробками.
Переваги та практичне застосування
Проведені тести показали, що суперконденсатор на цементній основі зберігає таку саму міцність на стиснення, як і стандартний бетон. Три пристрої, відпечатані на одній плиті, змогли забезпечити живлення невеликої групи світлодіодів.
Енергія, яка генерується сонячними панелями на фасаді або поблизу будівлі, могла б зберігатись безпосередньо у конструкційних матеріалах, замість громіздких батарей на даху чи в підсобних приміщеннях. За словами Цзина Чжуна, подібні суперконденсатори можуть задовольнити деякі енергетичні потреби завдяки частій переарядці при наявності доступної відновлювальної енергії.
У майбутньому такі розробки могли б живити автономні датчики та системи аварійного освітлення у будівлях.
Виклики та перспективи розвитку
Дослідження продемонстрували стабільну роботу суперконденсатора за умов помірного нагрівання та охолодження. Однак при температурі –18°C ефективність пристрою починає знижуватись, що визначено основним недоліком розробки. Науковці намагаються оптимізувати характеристики суперконденсаторів у низькотемпературних середовищах.
Цзин Чжун припускає, що якщо будівельні матеріали матимуть одночасно конструктивні властивості та здатність накопичувати енергію, реагувати на зміни навколишнього середовища та взаємодіяти з людьми, то звичайні приміщення трансформуватимуться на інтелектуальні простори нового покоління.
Результати дослідження опубліковані у фахівці журналу ACS Nano.
