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May 16, 2023

Cientistas do MIT propõem armazenamento de energia usando blocos de cimento

Planeja comercializar supercapacitores nos próximos anos Pesquisadores do MIT propuseram uma nova alternativa de bateria feita de materiais muito básicos. Blocos de cimento infundidos com uma forma de carbono

Planeja comercializar supercapacitores nos próximos anos

Pesquisadores do MIT propuseram uma nova alternativa de bateria feita de materiais muito básicos.

Blocos de cimento infundidos com uma forma de carbono semelhante à fuligem poderiam armazenar energia suficiente para abastecer residências inteiras. Um único bloco de 3,5 metros poderia conter 10 kWh de energia e abastecer uma casa durante um dia, e a tecnologia poderia ser comercializada em questão de anos, dizem os cientistas.

Capacitores semelhantes construídos nas estradas poderiam carregar carros sem fio, dizem os professores do MIT Franz-Josef Ulm, Admir Masic e Yang-Shao Horn, e outros do MIT e do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada, em um artigo.

Os cientistas descobriram que o negro de fumo, uma forma do elemento encontrado em materiais parcialmente queimados, pode ser adicionado aos blocos de cimento à medida que endurecem, transformando-os em supercapacitores, capazes de reter grandes cargas elétricas.

Os capacitores mantêm carga elétrica em condutores metálicos separados. A energia que retêm depende da área superficial do material condutor, e a equipe descobriu que poderia criar uma área superficial massiva de maneira muito simples, adicionando negro de fumo ao cimento úmido.

O negro de fumo é muito condutivo e se difunde no cimento úmido, entrando nas cavidades deixadas pela água à medida que reage durante o processo de cura. Isto cria uma rede de minúsculas microfibras semelhantes a fios dentro do eventual bloco de concreto sólido, estruturado de forma fractal, com múltiplos ramos suportando ramos cada vez menores.

O material é então embebido em sal como o cloreto de potássio, que atua como eletrólito, fornecendo as partículas carregadas que se acumulam nas estruturas de carbono. Dois eletrodos feitos deste material, separados por um espaço fino ou uma camada isolante, formam um supercapacitor muito poderoso.

“O material é fascinante”, diz Masic, “porque você tem o material artificial mais usado no mundo, o cimento, que é combinado com negro de fumo, que é um material histórico bem conhecido – os Manuscritos do Mar Morto foram escritos com ele. . Você tem esses materiais com pelo menos dois milênios de idade que, quando combinados de uma maneira específica, resultam em um nanocompósito condutor, e é aí que as coisas ficam realmente interessantes.”

À medida que a mistura endurece, “o negro de fumo se automonta em um fio condutor conectado”, diz ele.

Os capacitores de cimento podem ser produzidos em qualquer lugar do mundo, e os blocos funcionam com apenas três por cento de negro de fumo na mistura.

Os blocos poderiam ajudar na transição energética, porque em todo o mundo é necessário armazenamento de energia para equilibrar as energias renováveis, como a solar e a eólica, que não são produzidas ao mesmo tempo que são necessárias.

“Há uma enorme necessidade de grande armazenamento de energia”, diz Ulm, e as baterias existentes são caras e dependem de materiais como o lítio, cujo fornecimento é limitado, pelo que são extremamente necessárias alternativas mais baratas. “É aí que a nossa tecnologia é extremamente promissora, porque o cimento é onipresente”.

A equipe descobriu que um bloco de concreto dopado com nanocarbono de 45 metros cúbicos teria capacidade suficiente para armazenar cerca de 10 kWh de energia, que é considerado o uso médio diário de eletricidade para uma residência, portanto, casas remotas fora da rede com as baterias nas fundações poderiam operar usando moinhos de vento ou painéis solares.

Nos data centers, pode ser possível ter baterias UPS que façam parte da estrutura do edifício.

Se forem necessários condensadores mais potentes, estes podem ser fabricados com uma maior concentração de negro de fumo, à custa de alguma resistência estrutural. Isto pode ser útil para aplicações onde o betão não desempenha um papel estrutural ou onde o potencial de resistência total do betão não é necessário. Para aplicações como fundações ou elementos estruturais da base de uma turbina eólica, o “ponto ideal” é cerca de 10% de negro de fumo na mistura, diz a equipe.

Como prova de conceito, a equipe começou muito pequena, com supercapacitores do tamanho de uma bateria tipo botão, com um centímetro de diâmetro e um milímetro de espessura. Três deles foram carregados com um volt e usados ​​​​para alimentar um diodo emissor de luz (LED) de 3V.