エンジニアがエネルギーを生み出す

Jun 19, 2023

2023年7月31日

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マサチューセッツ工科大学による

新しい研究によると、人類の最も遍在する2つの歴史的物質、セメントとカーボンブラック（非常に細かい木炭に似ている）が、斬新で低コストのエネルギー貯蔵システムの基礎を形成する可能性がある。 この技術により、再生可能エネルギーの供給量が変動してもエネルギーネットワークの安定性を維持できるため、太陽光、風力、潮力などの再生可能エネルギー源の利用が促進される可能性がある。

研究者らは、この 2 つの材料を水と組み合わせると、電気エネルギーを貯蔵できるスーパーキャパシタ (電池の代替品) を作ることができることを発見しました。

一例として、このシステムを開発したマサチューセッツ工科大学の研究者らは、スーパーキャパシタは最終的には住宅のコンクリート基礎に組み込むことができ、基礎の費用をほとんど（またはまったく）追加せずに、丸1日分のエネルギーを蓄えることができると述べている。必要な構造強度も提供します。 研究者らはまた、電気自動車が走行する際に非接触充電を提供できるコンクリート道路を構想している。

このシンプルだが革新的なテクノロジーは、ジャーナル PNAS の MIT 教授フランツ・ヨーゼフ・ウルム、アドミール・マシック、ヤン・シャオ・ホーン、および MIT とウィス研究所の他の 4 名による論文で説明されています。

コンデンサは原理的に非常に単純なデバイスで、電解液に浸され膜で分離された 2 枚の導電性プレートで構成されています。 コンデンサの両端に電圧が印加されると、電解液からの正に帯電したイオンが負に帯電したプレート上に蓄積され、正に帯電したプレートには負に帯電したイオンが蓄積されます。

プレート間の膜は荷電イオンの移動をブロックするため、この電荷の分離によりプレート間に電界が形成され、コンデンサが充電されます。 2 つのプレートはこのペアの充電を長期間維持し、必要に応じて非常に迅速に供給できます。 スーパーキャパシタは、非常に大きな電荷を蓄えることができる単なるコンデンサです。

コンデンサが蓄えることができる電力の量は、その導電板の総表面積によって決まります。 このチームが開発した新しいスーパーキャパシタの鍵は、バルク体積内の導電性材料の高密度で相互接続されたネットワークにより、非常に大きな内部表面積を備えたセメントベースの材料を製造する方法に由来します。

研究者らは、導電性の高いカーボンブラックをセメント粉末と水とともにコンクリート混合物に導入し、硬化させることでこれを達成した。 水はセメントと反応す​​る際に構造内に開口部の分岐ネットワークを自然に形成し、炭素がこれらの空間に移動して硬化したセメント内にワイヤー状の構造を形成します。 これらの構造はフラクタルのような構造をしており、大きな枝から小さな枝が芽生え、その枝からさらに小さな枝が芽生えるというように、比較的小さな体積の範囲内で非常に大きな表面積を持ちます。