یک ساختمان بتونی بیست طبقه را تصور کنید که می تواند انرژی را مانند یک باتری غول پیکر ذخیره کند. با تشکر از تحقیقات منحصر به فرد دانشگاه صنعتی چالمرز ، سوئد ، چنین بینشی روزی می تواند واقعیت داشته باشد. محققان دپارتمان معماری و مهندسی عمران اخیراً مقاله ای منتشر کردند که در آن مفهوم جدیدی برای باتری های قابل شارژ – ساخته شده از سیمان – تشریح شده است.

نیاز روزافزون به مصالح ساختمانی پایدار چالشهای بزرگی را برای محققان ایجاد می کند. دکتر اماژانگ ، از دانشگاه صنعتی چالمرز چندین سال پیش به گروه تحقیقاتی پروفسور لوپینگ تانگ پیوست تا به دنبال مصالح ساختمانی باشد. اکنون آنها با هم موفق شده اند یک ایده اولیه در جهان برای یک باتری قابل شارژ مبتنی بر سیمان ارائه دهند.

این مفهوم ابتدا شامل یک مخلوط مبتنی بر سیمان است که مقادیر کمی الیاف کربن کوتاه برای افزایش رسانایی و مقاومت خمشی به آن افزوده شده است. سپس ، در داخل مخلوط یک شبکه فیبر کربنی با روکش فلز قرار دارد ( آهن برای آند ، و نیکل برای کاتد.) پس از آزمایش های طولانی ، این نمونه اولیه است که محققان اکنون ارائه می دهند.

“نتایج مطالعات قبلی در مورد بررسی فن آوری باتری بتن عملکرد بسیار کمی را نشان داد ، بنابراین ما متوجه شدیم که باید خارج از بتن فکر کنیم ، تا به روش دیگری برای تولید الکترود برسیم. این ایده خاص که ما توسعه داده ایم ( همچنین قابل شارژ است ) قبلاً هرگز مورد بررسی قرار نگرفته است. اکنون ما سعی در اثبات مفهوم در مقیاس آزمایشگاهی داریم. “اما ژانگ توضیح می دهد.

لوپینگ تانگ و اما ژانگ طی تحقیقات خود یک باتری قابل شارژ مبتنی بر سیمان با تراکم انرژی متوسط ​​7 وات ساعت در متر مربع (یا 0.8 وات وات بر لیتر) تولید کرده اند. از چگالی انرژی برای بیان ظرفیت باتری استفاده می شود و تخمین متوسط ​​این است که عملکرد باتری جدید Chalmers می تواند بیش از ده برابر باتری های بتونی قبلی باشد. چگالی انرژی در مقایسه با باتری های تجاری هنوز کم است ، اما به دلیل حجم عظیمی که می توان باتری را هنگام استفاده در ساختمان ساخت ، این محدودیت برطرف شد.

یک کلید بالقوه برای حل مسائل ذخیره انرژی

این واقعیت که باتری قابل شارژ است مهمترین کیفیت آن است و در صورت توسعه بیشتر و تجاری سازی کانسپت امکان استفاده از آن تقریباً غیر قابل جلوگیری است. ذخیره سازی انرژی یک احتمال واضح است ، نظارت یکی دیگر از این موارد است. محققان سعی در ایجاد برنامه هایی دارند که می تواند موجب تأمین انرژی LED ، تأمین اتصالات 4G در مناطق دورافتاده یا محافظت کاتدی در برابر خوردگی در زیرساخت های بتن شود.

“اما ژانگ” پیشنهاد می کند: “این محصول همچنین می تواند با پانل های سلول خورشیدی همراه باشد تا برق را تأمین کند و به منبع انرژی برای نظارت بر سیستم ها در بزرگراه ها یا پل ها تبدیل شود ، جایی که سنسورها با باتری بتونی می توانند ترک خوردگی یا خوردگی را تشخیص دهند.”

مفهوم استفاده از سازه ها و ساختمان ها به این روش می تواند انقلابی باشد در جهت رفع بحران انرژی که حجم زیادی انرژی ذخیره میشود.

بتن که از اختلاط سیمان با سایر مواد تشکیل می شود ، متداول ترین ماده ساختمانی در جهان است. از منظر پایداری ، خیلی ایده آل نیست ، اما پتانسیل افزودن مواد مختلف به آن می تواند بعد جدیدی را ارائه دهد. اما ژانگ اظهار نظر می کند:

“ما یک چشم انداز داریم که در آینده این فناوری می تواند به بخشهای کامل ساختمانهای چند طبقه که از بتن ساخته شده است اجازه دهد که در هر سطح بتنی یک لایه ای از الکترود جاسازی شود، که حجم عظیمی از این بتن کاربردی استفاده میشود “

چالش ها با جنبه های عمر مفید باقی می مانند

این ایده هنوز در مراحل اولیه قرار دارد. سوالات فنی باقی مانده قبل از تجاری سازی این روش می تواند شامل افزایش عمر مفید باتری و توسعه تکنیک های بازیافت باشد. “از آنجا که زیرساخت های بتنی معمولاً برای پنجاه یا حتی صد سال دوام می آورند ، باتری ها باید مطابق با این شرایط تصفیه شوند ، یا با پایان عمر مفید ، تعویض و بازیافت آنها آسان تر باشد. در حال حاضر ،از نظر فنی این یک چالش اساسی است “، اما ژانگ می گوید.

اما محققان امیدوارند که نوآوری آنها چیزهای زیادی برای ارائه داشته باشد. لوپینگ تانگ نتیجه گیری می کند: “ما متقاعد شده ایم که این مفهوم سهم بزرگی در ساخت مصالح ساختمانی از جمله منابع انرژی تجدیدپذیر دارد.”

منابع:

     دانشگاه تکنولوژی چالمرز-18 مه 2021

Materials provided by Chalmers University of Technology. Original written by Catharina Björk. Note: Content may be edited for style and length

Emma Qingnan Zhang, Luping Tang. Rechargeable Concrete Battery. Buildings, 2021; 11 (3): 103 DOI: 10.3390/buildings11030103

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

پانزده − 5 =