Les chercheurs du MIT ont amélioré un nouveau type de « batterie en béton », ouvrant la voie à son utilisation dans les bâtiments, les ponts et les trottoirs en magasins d’énergie géants capables d’alimenter des villes entières.
Le matériau est appelé béton de carbone conducteur d’électrons – ou EC³ – et est fabriqué en combinant du ciment, de l’eau, un électrolyte liquide commun et une poudre de carbone extrêmement fine appelée nanométrie en noir de carbone.
Lorsqu’elles sont mélangées, les ingrédients créent un réseau dense et conducteur capable de transporter une charge électrique. Une fois installé dans le béton, le matériau et tout ce qui y est construit (qu’ils soient des bâtiments et des ponts ou des trottoirs) est capable de stocker et de libérer de l’énergie au besoin.
C’est un concept connu sous le nom de stockage d’énergie supercapacitif, et les chercheurs espèrent qu’il pourra offrir une solution viable à l’un des énergie renouvelableLes plus grands défis: à savoir comment stocker la puissance localement lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas.
Dans une nouvelle étude publiée le 29 septembre dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences (PNA)les chercheurs ont déclaré avoir réalisé une augmentation de dix de la capacité de stockage d’énergie de EC³ depuis 2023. Des mètres fivecubics (176,5 pieds cubes) du matériau peuvent désormais stocker plus de 10 kilowattheures d’électricité – à peu près assez pour alimenter un ménage typique pendant une journée.
Il y a à peine deux ans, l’atteinte de ce niveau de stockage aurait nécessité neuf fois le volume, a indiqué l’équipe.
« Avec ces densités d’énergie plus élevées et une valeur démontrée dans un espace d’application plus large, nous avons maintenant un outil puissant et flexible qui peut nous aider à relever un large éventail de défis énergétiques persistants », auteur principal de l’étude Damian Stefaniuka déclaré le chercheur au MIT, dans un déclaration.
« L’une de nos plus grandes motivations a été d’aider à permettre la transition des énergies renouvelables. L’énergie solaire, par exemple, a parcouru un long chemin en termes d’efficacité. Cependant, il ne peut générer de la puissance que lorsqu’il y a suffisamment de soleil. Donc, la question devient: comment répondre à vos besoins énergétiques la nuit ou les jours nuageux? »
Battrees de construction
Tandis qu’Ec³ ne correspond pas à la densité d’énergie des technologies traditionnelles de la batterie comme lithium-ion (qui emballent des centaines de fois plus d’énergie dans le même poids ou le même volume), le fait qu’il peut être jeté directement dans les composants de construction et peut durer aussi longtemps que la structure elle-même, sans S’appuyer sur des matériaux rares ou toxiquesle rend particulièrement attrayant pour les scientifiques.
La nouvelle augmentation des performances est venue d’une meilleure compréhension de l’interaction entre le réseau de carbone à l’intérieur du béton et de l’électrolyte et des modifications de la façon dont le matériau est apporté.
Plutôt que de tremper les dalles du matériau dans l’électrolyte après son durcissement, les chercheurs ont ajouté l’électrolyte directement à l’eau utilisée dans le mélange initial. Cela a permis la production de dalles plus épaisses et plus riches en énergie sans compromettre la conductivité.
L’équipe a également testé différents types d’électrolytes, y compris l’eau de mer, et a trouvé plusieurs options viables. Les meilleurs résultats provenaient d’un mélange de sels d’ammonium quaternaire – utilisés dans les désinfectants domestiques – et l’acétonitrile, un solvant conducteur commun dans les processus industriels.
Alimenter le bloc
Le plus excitant pour les scientifiques a été la prise de conscience qu’il n’a pris que de petits changements à la façon dont le béton est fait pour produire EC³. Cela ouvre potentiellement d’énormes opportunités dans la construction durable, où le matériau pourrait être utilisé pour développer ce que les chercheurs ont surnommé le « béton multifonctionnel » qui peut stocker l’énergie, absorber le dioxyde de carbone de l’atmosphère et même se réparer.
Le matériau a déjà été testé au Japon pour chauffer les trottoirs dans des conditions de neige, offrant une alternative potentielle au sel de route. L’équipe travaille maintenant aux applications du monde réel, des maisons qui opèrent hors réseau aux espaces de stationnement et aux routes qui pourraient un jour charger véhicules électriques.
« Ce qui nous excite le plus, c’est que nous avons pris un matériel aussi antique que le béton et a montré qu’il peut faire quelque chose de complètement nouveau », a déclaré le co-auteur de l’étude James Weaverprofesseur agrégé de sciences et d’ingénierie des matériaux à l’Université Cornell, a déclaré dans le communiqué.
« En combinant des nanosciences modernes avec un ancien élément de civilisation, nous ouvrons une porte à des infrastructures qui ne soutiennent pas seulement nos vies, elle les alimente. »
