نوآوری باتری های پایه سیمانی

محققان در گوتنبرگ ساختمان‌های بتنی را یک قدم به ذخیره انرژی‌های تجدیدپذیر نزدیک‌تر کرده‌اند. دانشمندان سوئدی اولین باتری قابل شارژ مبتنی بر سیمان را در جهان ساخته اند. این اختراع این امکان وسوسه انگیز را ایجاد می کند که ساختمان ها و سازه های بتنی می توانند روزی برای ذخیره مقادیر زیادی انرژی تجدید پذیر استفاده شوند. دکتر اما ژانگ از دانشگاه چالمرز در گوتنبرگ می‌گوید: «تحقیق ما در مرحله اولیه است. اما ما می‌توانیم ببینیم که چگونه ساختمانی با این فناوری می‌تواند برق کافی را از مثلاً پنل‌های خورشیدی در طول روز شارژ کند تا در طول شب به آن انرژی بدهد.» امکان ساخت باتری های پایه سیمانی به ما نزدیک است.

تلاش‌های قبلی برای ساخت باتری سیمانی

تلاش‌های قبلی برای ساخت باتری سیمانی از صفحات فلزی ساده استفاده می‌کردند و تنها جریان ناچیزی تولید می‌کردند. ژانگ می گوید: «آنها همچنین غیر قابل شارژ بودند. ما احساس کردیم می‌توانیم خیلی بهتر عمل کنیم.» ژانگ با کار با ناظر پروژه پروفسور لوپینگ تانگ، یک شبکه فیبر کربنی ظریف با پوشش آهن برای آند و نیکل برای کاتد ایجاد کرد که سپس در یک مخلوط سیمانی حاوی الیاف کربن خرد شده کوتاه جاسازی شد.

ژانگ می‌گوید: «الیاف رسانایی سیمان را افزایش می‌دهند، بنابراین می‌تواند به عنوان یک الکترولیت عمل کند. آنها حدود 3 میلی متر طول دارند و 0.5٪ از مخلوط را تشکیل می دهند که در صورت استفاده در بتن، محصولی قوی ایجاد می کند. او اضافه می کند که الیاف بیشتر کارایی باتری را افزایش می دهد، اما ممکن است بر کارایی بتن تأثیر بگذارد، بنابراین تحقیقات آینده بر دستیابی به تعادل بهینه تمرکز خواهد کرد. ژانگ می‌گوید که مش را نیز می‌توان اصلاح کرد: «آزمایش ما از یک مش مربع 5 میلی‌متری استفاده کرد، اما می‌توان آن را تغییر داد تا دانه‌های بتن در سوراخ‌ها قرار بگیرند. همچنین ممکن است بتوان از مش به عنوان یک نوع تقویت کننده استفاده کرد.

باتری Zhang به ظرفیت   7Wh/m2 دست یافته است. “صدای زیادی ندارد، اما در سازه های بزرگ استفاده می شود، شروع به اضافه شدن می کند. اگر بتوانیم ظرفیت را پنج یا ده برابر افزایش دهیم، که امیدوارم با توسعه بیشتر بتوانیم، آنگاه تبدیل به یک ذخیره انرژی واقعا مفید می شود. البته از بتن در حال حاضر برای ذخیره انرژی به صورت گرما استفاده می شود. فناوری باتری ما بتن را قادر می سازد تا انرژی الکتریکی را نیز ذخیره کند. می‌تواند منبع انرژی مفیدی برای سازه‌های فراساحلی، یا ساختمان‌هایی در مناطق دورافتاده که به شبکه دسترسی ندارند، فراهم کند.»

حل مشکل اصلی

مهم‌تر از همه، شاید باتری‌های بتنی می‌توانند به مشکل تناوب کمک کنند – عرضه نا برابر انرژی تجدیدپذیر که ناشی از تغییرات طبیعی در نور خورشید و سرعت باد است. بنابراین زمانی که انرژی‌های تجدیدپذیر برق زیادی تولید نمی‌کنند، منابع انرژی می‌تواند با انرژی ذخیره‌شده در بافت ساختمان‌ها تقویت شود.» ژانگ پس از مطالعات پیشرو در زمینه الکتروشیمی حفاظت کاتدی برای فلزات از جمله تقویت بتن، به تحقیق در مورد احتمالات باتری مبتنی بر سیمان پرداخت. “من همچنین سابقه ای در زمینه پلیمرها دارم، بنابراین این تحقیق که در دپارتمان معماری و مهندسی انجام می شود، نتیجه چندین زمینه مطالعاتی مختلف است که با هم ترکیب می شوند تا چیزی با پتانسیل جدید هیجان انگیز ایجاد کنند.”

امیدواری ها

او اکنون امیدوار است که با مش ها و مخلوط های مختلف آزمایش کند تا کارایی و ظرفیت باتری های سیمانی را توسعه دهد: «مدت زمانی که باتری قابل شارژ بماند نیز مهم است. ساختمان‌های بتنی به راحتی می‌توانند 50 سال یا بیشتر دوام بیاورند، بنابراین در حالت ایده‌آل ما می‌خواهیم که فناوری ما با این نوع طول عمر مطابقت داشته باشد.