Ingeniører har utviklet et supermateriale som i fremtiden kanskje kan lade bilen din mens du kjører, eller gi strøm til hjemmet ditt uten å være koblet til strømnettet.
Teknologien er dannet av materialer som mennesker har brukt i tusenvis av år: sement, salt, vann og såkalt lampesot – sistnevnte er brukt i Dødehavsrullene.
Det er forskere og ingeniører fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) og Harvard University i USA som står bak det nye supermaterialet.
I en forskningsartikkel i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences beskriver de hvordan den såkalte superkondensatoren kan lagre enorme mengder energi basert på lett tilgjengelige materialer.
Energilagrende sement
Superkondensatorer ligner på batterier, men i motsetning til batterier kan superkondensatorer lades svært raskt, men de kan ikke lagre like mye energi i en gitt masse.
De er en type oppladbare batterier, men lagrer og frigjør energi mye raskere enn vanlige batterier. Dette skjer i et elektrisk felt mellom to elektroder.
Hvor mye energi en en kondensator kan lagre avhenger av overflatearealet til de to platene som strømmen lagres mellom. Jo større plater, desto mer energi.
Forskerteamet har funnet en måte å utvide konseptet på. Superkondensatoren deres består av et sementbasert materiale tilsatt lampesot med en uvanlig stor indre overflate.
Lampesot, på engelsk «carbon black», ligner støv av trekull og oppstår ved forbrenning med for lite oksygen, såkalte ufullstendige forbrenningsprosesser – og det leder strøm.
En tidlig versjon av superkondensatoren i sement. Sement tilsatt lampesot skaper forgreninger som gir større plass til energilagring.
Ved å tilsette lampesot i en sementblanding og la den herde, dannes det et tett, sammenhengende nettverk av ledende materiale i et bestemt volum – akkurat som mellom de to platene i en vanlig superkondensator.
Når sementen reagerer med vann, dannes det et forgrenet nettverk av åpninger der karbonet føres inn i hullene og danner trådlignende, intrikate strukturer, noe som resulterer i et stort overflateareal innenfor et lite volum.
Med andre ord skapes det et større rom for energilagring enn i en vanlig superkondensator – uten at størrelsen endres.
Kan lagre strøm for en hel dag
For å gi materialet ladede partikler dynket forskerne den nye superkondensatoren i en standardelektrolytt av saltet kaliumklorid, som ble fanget i karbonstrukturene.
Når materialet kobles til en strømkilde, for eksempel solcellepaneler eller vindenergi, lagres energien og kan frigjøres for å gi strøm – fordi strømmen lagres, skaper det en stabil strømforsyning.
I et annet eksperiment fikk forskerne en 3-volts LED-pære til å lyse med tre små superkondensatorer i sement.
Nå har forskere laget en superkondensator med en diameter på litt over 1 cm og en tykkelse på 1 mm som kan lades opp til 1 volt. I et eksperiment satte de tre av kondensatorene sammen, noe som fikk en lysdiode på 3 volt til å lyse.
Teamet beregnet at en betongblokk på 45 kubikkmeter kan ha kapasitet til å lagre drøyt 10 kilowattimer energi, noe som tilsvarer det gjennomsnittlige daglige strømforbruket til en husholdning.
Forskerne mener at materialet kan skaleres opp og integreres i bygninger som kan lagre energi i betongen. Den kan også fungere som et oppvarmingssystem.
De mener også at materialet kan brukes i veibaner av betong, som da kan lade elbiler mens de kjører.