Especialistas do MIT constroem bateria alternativa de cimento para casa • The Register

Pesquisadores do MIT afirmam ter encontrado uma nova maneira de armazenar energia usando nada além de cimento, um pouco de água e negro de fumo em pó – uma forma cristalina do elemento.

Os materiais podem ser habilmente combinados para criar supercapacitores, que por sua vez poderiam ser usados ​​para construir fundações de casas para armazenamento de energia, estradas que poderiam carregar veículos sem fio e servir como base para turbinas eólicas e outros sistemas de energia renovável – tudo isso mantendo uma quantidade surpreendente de energia, afirma a equipe.

De acordo com um artigo publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences, 45 metros cúbicos de cimento dopado com negro de fumo poderiam ter capacidade suficiente para armazenar 10 quilowatts-hora de energia – aproximadamente a quantidade que uma família média utiliza num dia. Um bloco de cimento desse tamanho mediria cerca de 3,5 metros de cada lado e, dependendo do tamanho da casa, o bloco poderia, teoricamente, armazenar toda a energia necessária para uma casa fora da rede, utilizando energias renováveis.

"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", disse o Professor Associado de Ciências Civis e Civis do MIT. Engenharia Ambiental, Admir Masic.

“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”, acrescentou Masic.

Os capacitores são capazes de armazenar energia, mas não da mesma forma que as baterias.

Enquanto as baterias dependem da conversão de energia química em carga eletrostática para armazenar e liberar energia, os capacitores armazenam energia em um campo elétrico entre placas condutoras separadas. Quanto mais perfeito for o isolador no espaço entre os dois condutores, mais carga (igual, mas oposta) pode ser armazenada em cada condutor. Os supercapacitores – que usam membranas permeáveis ​​a íons, incluindo grafeno como separador – funcionam de forma semelhante.

Quando conectado a uma fonte de eletricidade, a energia é armazenada nas placas, mas quando conectado a uma carga, a corrente flui de volta para fornecer energia.

A capacidade de um capacitor ou supercapacitor é em grande parte, mas não exclusivamente, determinada pela área superficial de suas placas. Os pesquisadores do MIT explicaram que o material que exploraram tem uma área de superfície interna excepcionalmente alta graças à forma como o negro de fumo e a água interagem.

“As reações de hidratação do cimento na presença de carbono geram uma rede de carbono condutora de elétrons semelhante a um fractal que permeia a matriz à base de cimento que suporta carga”, observam os autores. Em essência, um bloco deste cimento rico em carbono possui fios de negro de fumo altamente condutores que passam por ele, o que aumenta drasticamente a área de superfície e, portanto, a capacidade de armazenamento.

Masic disse que à medida que a mistura cura, a água é absorvida pelo cimento. O negro de fumo, que é altamente hidrofóbico, não pode ser disperso da mesma maneira, portanto, "o negro de fumo se automonta em um fio condutor conectado".

Apenas três por cento da mistura tem que ser negro de fumo para que o cimento endurecido atue como um supercapacitor, mas os pesquisadores descobriram que uma mistura de 10 por cento de negro de fumo parece ser ideal. Além dessa proporção, o cimento torna-se menos estável – algo que não se deseja num edifício ou fundação. A equipe observa que o uso não estrutural poderia permitir maiores concentrações de negro de fumo e, portanto, maior capacidade de armazenamento de energia.

A equipe construiu apenas uma pequena plataforma de teste de um volt usando sua mistura de negro de fumo, mas tem planos de ampliar para supercapacitores do mesmo tamanho de uma bateria de automóvel de 12 volts – e eventualmente para o bloco de 45 metros cúbicos.

Além de ser usada para armazenamento de energia, a mistura também poderia ser usada para fornecer calor – aplicando eletricidade à rede condutora de carbono envolvida no cimento, observou o MIT.

“Há uma enorme necessidade de grande armazenamento de energia”, observou Franz-Josef Ulm, professor de engenharia civil e ambiental do MIT e chefe do centro de sustentabilidade de concreto do MIT. Ulm, coautor do artigo, explicou que os supercapacitores fabricados com materiais mais baratos e abundantes poderiam ser uma grande ajuda para ajudar a transição mundial para as energias renováveis ​​e eliminar a necessidade de materiais caros e escassos como o lítio.