Betonmischung bildet sich von selbst

Forscher am MIT haben herausgefunden, dass sich der resultierende Beton durch das Mischen von Zement und Ruß mit Wasser selbst zu einem energiespeichernden Superkondensator zusammenfügen kann. Dieser Superkondensator kann ein Zuhause mit Strom versorgen oder Elektroautos schnell aufladen. Diese Entwicklung hebt die Energiespeicherung mit Beton auf die nächste Stufe, da keine Netzelektroden im Beton mehr erforderlich sind. Stattdessen bildet der Ruß während des Aushärtungsprozesses eigene verbundene Elektrodenstrukturen.

Wasser und Zement reagieren so miteinander, dass beim Aushärten des Betons ein Netzwerk aus verzweigten Kanälen entsteht. Der Ruß wandert auf natürliche Weise in diese Kanäle und bildet im gesamten Beton Kohlenstoffelektroden mit einer großen Oberfläche. Sobald der Beton in einem Standardelektrolyten wie Kaliumchlorid gebadet ist, fungieren diese Kanäle als Platten eines Superkondensators. Superkondensatoren können nahezu augenblicklich geladen und entladen werden, was zu einer höheren Leistungsdichte und Leistung im Vergleich zu Standard-Lithiumbatterien führt. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass die Energiedichte geringer ist und die Zugabe von mehr Ruß den Beton schwächt.

Der Vorteil dieses Energiespeichers aus Beton besteht darin, dass er nicht klein sein muss. Beton wird typischerweise in großen Mengen für Bauzwecke verwendet. Tatsächlich verbraucht ein durchschnittliches amerikanisches Haus mit einer Fläche von etwa 2.000 Quadratmetern etwa 31 Kubikmeter Beton. Das MIT-Team schätzt, dass ein 1.589 Kubikfuß großer Block aus mit Nanokohlenstoffschwarz dotiertem Beton etwa 10 kWh Strom speichern kann, was ausreicht, um ein Drittel des Stromverbrauchs eines durchschnittlichen amerikanischen Hauses zu decken.

Das MIT-Team hat diese Beton-Superkondensatoren in kleinem Maßstab getestet und dabei eine 3-Volt-LED mithilfe von Paaren aus dem Beton geschnittener Elektrodenscheiben zum Leuchten gebracht. Sie arbeiten derzeit an größeren Demonstrationen und streben eine Version mit 1.589 Kubikfuß und 10 kWh an. Diese Technologie hat ein erhebliches Potenzial für verschiedene Anwendungen, einschließlich der Kombination der Beton-Superkondensatoren mit Solarmodulen am Straßenrand und induktiven Ladespulen für das kabellose Laden von Elektrofahrzeugen an Straßen. Darüber hinaus könnte es möglicherweise in großen netzbasierten Energiespeicheranlagen eingesetzt werden. Es ist jedoch unklar, ob dieser Beton für den Außenbereich geeignet wäre oder ob er zur Selbstmontage vor Ort gegossen werden kann. Die Forschung ist Open Access und wird in der Zeitschrift PNAS veröffentlicht.