Gli scienziati del MIT costruiscono batterie domestiche alternative in cemento • The Register

I ricercatori del MIT affermano di aver trovato un nuovo modo per immagazzinare energia utilizzando nient’altro che cemento, un po’ d’acqua e nerofumo in polvere, una forma cristallina dell’elemento.

I materiali possono essere abilmente combinati per creare supercondensatori, che potrebbero a loro volta essere utilizzati per costruire fondamenta di case in grado di immagazzinare energia, strade che potrebbero caricare veicoli in modalità wireless e fungere da base per turbine eoliche e altri sistemi di energia rinnovabile, il tutto mantenendo un sorprendente quantità di energia, afferma il team.

Secondo un articolo pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences, 45 metri cubi di cemento drogato con nerofumo potrebbero avere una capacità sufficiente per immagazzinare 10 kilowattora di energia, più o meno la quantità utilizzata da una famiglia media in un giorno. Un blocco di cemento di quelle dimensioni misurerebbe circa 3,5 metri per lato e, a seconda delle dimensioni della casa, il blocco potrebbe teoricamente immagazzinare tutta l’energia di cui una casa off-grid che utilizza fonti rinnovabili avrebbe bisogno.

"Abbiamo il materiale artificiale più utilizzato al mondo, il cemento, che è combinato con il nerofumo, che è un materiale storico ben noto: con esso furono scritti i Rotoli del Mar Morto", ha affermato il professore associato di Scienze Civili e Civili del MIT. Ingegneria Ambientale, Admir Masic.

"Ci sono questi materiali vecchi di almeno due millenni che quando li combini in un modo specifico ottieni un nanocomposito conduttivo, ed è allora che le cose diventano davvero interessanti", ha aggiunto Masic.

I condensatori sono in grado di immagazzinare energia, ma non allo stesso modo delle batterie.

Mentre le batterie si affidano alla conversione dell’energia chimica in carica elettrostatica per immagazzinare e rilasciare energia, i condensatori immagazzinano energia in un campo elettrico tra piastre conduttive separate. Quanto più perfetto è l'isolante nello spazio tra i due conduttori, tanto maggiore è la carica (uguale ma opposta) che può essere immagazzinata in ciascun conduttore. I supercondensatori – che utilizzano membrane permeabili agli ioni incluso il grafene come separatore – funzionano in modo simile.

Quando è collegato a una fonte di elettricità, l'energia viene immagazzinata nelle piastre, ma quando è collegato a un carico, la corrente ritorna indietro per fornire energia.

La capacità di un condensatore o supercondensatore è in gran parte, ma non esclusivamente, determinata dalla superficie delle sue piastre. I ricercatori del MIT hanno spiegato che il materiale che hanno esplorato ha una superficie interna eccezionalmente elevata grazie al modo in cui interagiscono il nero di carbonio e l'acqua.

"Le reazioni di idratazione del cemento in presenza di carbonio generano una rete di carbonio conduttore di elettroni simile a un frattale che permea la matrice portante a base di cemento", osservano gli autori. In sostanza, un blocco di questo cemento ricco di carbonio è attraversato da fili di nerofumo altamente conduttivi che aumentano drasticamente la superficie e quindi la capacità di stoccaggio.

Masic ha detto che man mano che la miscela polimerizza, l'acqua viene assorbita nel cemento. Il nerofumo, che è altamente idrofobico, non può essere disperso allo stesso modo, quindi "il nerofumo si autoassembla in un filo conduttivo collegato".

Solo il 3% della miscela deve essere nero di carbonio affinché il cemento indurito possa agire come un supercondensatore, ma i ricercatori hanno scoperto che una miscela al 10% di nero di carbonio sembra essere l’ideale. Oltre questo rapporto, il cemento diventa meno stabile, cosa che non desideri in un edificio o in una fondazione. Il team osserva che l’uso non strutturale potrebbe consentire concentrazioni più elevate di nerofumo e quindi una maggiore capacità di stoccaggio dell’energia.

Il team ha costruito solo una minuscola piattaforma di test da un volt utilizzando la miscela di nerofumo, ma ha in programma di passare a supercondensatori delle stesse dimensioni di una batteria per automobili da 12 volt e, infine, al blocco da 45 metri cubi.

Oltre ad essere utilizzata per lo stoccaggio di energia, la miscela potrebbe anche essere utilizzata per fornire calore, applicando elettricità alla rete di carbonio conduttivo racchiusa nel cemento, ha osservato il MIT.

“C’è un enorme bisogno di grandi sistemi di stoccaggio dell’energia”, ha osservato Franz-Josef Ulm, professore di ingegneria civile e ambientale del MIT e capo del polo di sostenibilità concreta del MIT. Ulm, coautore dell’articolo, ha spiegato che i supercondensatori realizzati utilizzando materiali più economici e più abbondanti potrebbero essere di enorme aiuto nell’aiutare la transizione mondiale verso le energie rinnovabili ed eliminare la necessità di materiali costosi e scarsi come il litio.