Endryu Pol Laurent, Massaçusets Texnologiya İnstitutu

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriElektron keçirici karbon beton (ec³) əsaslı qövs strukturu ikili funksionallıq üçün superkondensator elektrodlarını birləşdirir. Prototip həm konstruktiv yük daşıma qabiliyyətini, həm də tətbiq olunan yük altında işığın intensivliyi dəyişən bir LED-i gücləndirmək qabiliyyətini nümayiş etdirir və bu, superkondensator vasitəsilə real vaxtda strukturun sağlamlığının monitorinqi potensialını vurğulayır. Kredit: MIT EC³ Hub.

Beton artıq dünyamızı qurur və indi də onu gücləndirməyə bir addım daha yaxındır. Sement, su, ultra incə karbon qarası (nanoölçülü hissəciklər ilə) və elektrolitləri birləşdirərək hazırlanmış elektron keçirici karbon beton (ec ³ , “ec-kub” kimi tələffüz olunur) betonun içərisində divarlar, səkilər və körpülər kimi gündəlik strukturların enerjini saxlamağa və sərbəst buraxmasına imkan verə bilən keçirici “nanonşəbəkə” yaradır. Başqa sözlə, ətrafımızdakı beton bir gün nəhəng “batareya” kimi ikiqat arta bilər.

MIT tədqiqatçılarının yeni bir PNAS sənədində bildirdiyi kimi, optimallaşdırılmış elektrolitlər və istehsal prosesləri ən son EC ^{3 superkondansatörlərinin} enerji saxlama qabiliyyətini böyük ölçüdə artırdı .

2023-cü ildə orta evin gündəlik ehtiyaclarını ödəmək üçün kifayət qədər enerji saxlamaq üçün təxminən 45 kubmetr ek ³ , yəni tipik bir zirzəmidə istifadə olunan betonun miqdarı tələb olunurdu . İndi, təkmilləşdirilmiş elektrolit ilə eyni vəzifəyə təxminən 5 kubmetr, tipik bir zirzəmi divarının həcmi ilə nail olmaq olar.

“Betonun davamlılığının açarı bu enerji saxlama, özünü sağaltma və karbon tutma kimi funksiyaları özündə birləşdirən “çoxfunksiyalı betonun” inkişafıdır . Beton artıq dünyada ən çox istifadə edilən tikinti materialıdır, bəs niyə başqa faydalar yaratmaq üçün bu miqyasdan istifadə etməyəsiniz?” yeni tədqiqatın aparıcı müəllifi, MIT Elektron Keçirici Karbon-Sement Əsaslı Materiallar Qovşağının (EC³ Hub) ortaq direktoru və MIT-də mülki və ətraf mühit mühəndisliyi (CEE) dosenti Admir Masic soruşur.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=1100001614&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759481675&rafmt=1&armr=3&plas=164x742_l%7C164x742_r&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-10-concrete-battery-power.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4xMjgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjEyOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMTI4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759481674003&bpp=1&bdt=442&idt=352&shv=r20251001&mjsv=m202509290101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1759481674%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1759481674%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3D878d521b85743f4c%3AT%3D1751526237%3ART%3D1759481674%3AS%3DAA-AfjZCLruwaFzoQORvGPwXS3Y2&prev_fmts=0x0%2C1905x945&nras=2&correlator=2403460897611&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1692&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31094916%2C95366795%2C95370628%2C95372357%2C31094971%2C95360684%2C95368093&oid=2&pvsid=7148155868453677&tmod=466425061&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=1872

Təkmilləşdirilmiş enerji sıxlığı ec ³ daxilindəki nanokarbon qara şəbəkəsinin necə işlədiyini və elektrolitlərlə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu daha dərindən başa düşmək sayəsində mümkün olmuşdur.

^{EC 3} materialının nazik təbəqələrinin ardıcıl çıxarılması üçün fokuslanmış ion şüalarından istifadə edərək , ardınca hər bir dilimin skan edən elektron mikroskopla (FIB-SEM tomoqrafiyası adlanan texnika) yüksək rezolyusiyada təsvirindən istifadə edərək , EC³ Qovşağı və MIT Beton Davamlılıq Qovşağı üzrə komanda natamam şəbəkəni yenidən qura bildi. Bu yanaşma komandaya şəbəkənin mahiyyət etibarı ilə ec ³ məsamələrini əhatə edən fraktabənzər “tor” olduğunu aşkar etməyə imkan verdi ki , bu da elektrolitin sızmasına və cərəyanın sistemdən keçməsinə imkan verir.

Masic əlavə edir: “Bu materialların nanoölçülüdə necə “yığıldığını” başa düşmək bu yeni funksiyalara nail olmaq üçün açardır”.

Nanoşəbəkə haqqında yeni anlayışları ilə təchiz edilmiş komanda, enerji saxlama sıxlığına necə təsir etdiyini görmək üçün müxtəlif elektrolitlər və onların konsentrasiyaları ilə sınaqdan keçirdi.

İlk müəllif və EC³ Hub tədqiqatçısı Damian Stefaniukun vurğuladığı kimi, “biz aşkar etdik ki, EC ³ üçün uyğun namizəd ola biləcək elektrolitlərin geniş spektri var . Buraya hətta dəniz suyu da daxildir ki, bu da onu sahil və dəniz tətbiqlərində istifadə üçün yaxşı material edə bilər, bəlkə də dəniz külək stansiyaları üçün dəstək strukturları kimi.”

Eyni zamanda, komanda elektrolitləri qarışığa əlavə etmə üsulunu sadələşdirdi. ec ³ elektrodlarını bərkitmək və sonra onları elektrolitdə islatmaq əvəzinə , onlar elektroliti birbaşa qarışdırma suyuna əlavə etdilər. Elektrolitin nüfuzu artıq bir məhdudiyyət olmadığı üçün komanda daha çox enerji saxlayan daha qalın elektrodlar tökə bildi.

Komanda üzvi elektrolitlərə, xüsusilə dezinfeksiyaedici maddələr kimi gündəlik məhsullarda olan dördüncü ammonium duzlarını sənayedə tez-tez istifadə olunan şəffaf, keçirici maye olan asetonitrillə birləşdirən elektrolitlərə keçdikdə ən yüksək performansa nail oldu. ec ^3- ün bu versiyasının bir kubmetri – təxminən soyuducu ölçüsü – 2 kilovat-saatdan çox enerji saxlaya bilər. Bu, faktiki soyuducunu bir gün enerji ilə doldurmaq üçün kifayətdir.

Batareyalar daha yüksək enerji sıxlığını saxlasa da, ec ³ prinsipcə birbaşa geniş memarlıq elementlərinə – plitələr və divarlardan tutmuş günbəzlərə və qübbələrə qədər – daxil edilə bilər və strukturun özü qədər uzun müddət davam edə bilər.

“Qədim Romalılar beton konstruksiyada böyük irəliləyişlər əldə etdilər. Panteon kimi nəhəng tikililər bu günə qədər möhkəmləndirilmədən dayanır. Əgər onların material elmini memarlıq baxışı ilə birləşdirən ruhunu davam etdirsək, ec ³ kimi çoxfunksiyalı betonlarla yeni memarlıq inqilabının astanasında ola bilərik “, – Masic təklif edir.

Roma memarlığından ilham alaraq, komanda struktur forma və enerji yığımının birlikdə necə işləyə biləcəyini göstərmək üçün miniatür ec ³ tağ inşa etdi. 9 voltda işləyən arch, LED işığını gücləndirərkən öz çəkisini və əlavə yükü dəstəklədi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=2636419947&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759481675&rafmt=1&armr=3&plas=164x742_l%7C164x742_r&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-10-concrete-battery-power.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4xMjgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjEyOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMTI4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759481674004&bpp=1&bdt=443&idt=354&shv=r20251001&mjsv=m202509290101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1759481674%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1759481674%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3D878d521b85743f4c%3AT%3D1751526237%3ART%3D1759481674%3AS%3DAA-AfjZCLruwaFzoQORvGPwXS3Y2&prev_fmts=0x0%2C1905x945%2C750x280&nras=2&correlator=2403460897611&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=3208&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31094916%2C95366795%2C95370628%2C95372357%2C31094971%2C95360684%2C95368093&oid=2&pvsid=7148155868453677&tmod=466425061&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=1883

Ancaq tağda yük artdıqda unikal bir şey baş verdi: işıq titrədi. Bu, çox güman ki, stressin elektrik kontaktlarına və ya yüklərin paylanmasına təsir göstərməsi ilə əlaqədardır.

^{“Burada bir növ özünə nəzarət qabiliyyəti ola bilər. Əgər memarlıq miqyasında EC 3} tağını düşünsək , onun çıxışı yüksək küləklər kimi bir stressorun təsirinə məruz qaldıqda dəyişə bilər. Biz bunu strukturun nə vaxt və nə dərəcədə stresə məruz qaldığına dair siqnal kimi istifadə edə və ya onun ümumi sağlamlığına real vaxt rejimində nəzarət edə bilərik”, – Masic nəzərdə tutur.

ec³ texnologiyasındakı ən son inkişaflar onu real dünyada genişlənmə qabiliyyətinə bir addım yaxınlaşdırır. O, artıq Yaponiyanın Sapporo şəhərində səki plitələrini qızdırmaq üçün istifadə olunur , bu da istilik keçirici xüsusiyyətlərinə görə duzlamaya potensial alternativdir.

Stefaniuk izah edir: “Bu daha yüksək enerji sıxlığı və daha geniş tətbiq məkanında nümayiş etdirilən dəyərlə indi bizim güclü və çevik alətimiz var ki, bu da bizə davamlı enerji problemlərinin geniş spektrini həll etməyə kömək edə bilər”.

“Ən böyük motivasiyalarımızdan biri bərpa olunan enerjiyə keçidi təmin etmək idi. Məsələn, günəş enerjisi səmərəlilik baxımından uzun bir yol qət edib. Bununla belə, o, yalnız kifayət qədər günəş işığı olduqda enerji istehsal edə bilər. Beləliklə, sual yaranır: Enerji ehtiyaclarınızı gecə və ya buludlu günlərdə necə ödəyirsiniz?”

EC³ Hub həm-direktoru və CEE professoru Franz-Jozef Ulm davam edir: “Cavab ondan ibarətdir ki, enerji saxlamaq və buraxmaq üçün bir yola ehtiyacınız var. Bu, adətən, tez-tez qıt və ya zərərli materiallara əsaslanan batareya demək idi. Biz inanırıq ki, ec ³ binalarımıza və infrastrukturumuza enerji saxlama ehtiyaclarımızı ödəməyə imkan verir.”

Komanda elektrik nəqliyyat vasitələrini doldura bilən dayanacaqlar və yollar, eləcə də şəbəkədən tamamilə kənarda işləyə bilən evlər kimi tətbiqlər üzərində işləyir.

“Bizi ən çox həyəcanlandıran odur ki, biz beton qədər qədim bir material götürdük və onun tamamilə yeni bir şey edə biləcəyini göstərdik” dedi Cornell Universitetində dizayn texnologiyası və materialşünaslıq və mühəndislik üzrə dosent, eləcə də keçmiş EC³ Hub tədqiqatçısı olan James Weaver, məqalənin həmmüəllifi.

“Müasir nanoelmi sivilizasiyanın qədim tikinti bloku ilə birləşdirərək, biz təkcə həyatımızı dəstəkləməyən, həm də onlara güc verən infrastruktura qapı açırıq”.

Daha çox məlumat: Damian Stefaniuk və digərləri, Memarlıq enerjisinin saxlanması üçün yüksək enerji sıxlığı karbon-sement superkapasitorları, Milli Elmlər Akademiyasının Materialları (2025). DOI: 10.1073/pnas.2511912122

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir