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Jun 09, 2023

Des scientifiques du MIT proposent de stocker l'énergie à l'aide de blocs de ciment

Projet de commercialisation de supercondensateurs dans les prochaines années Des chercheurs du MIT ont proposé une nouvelle batterie alternative fabriquée à partir de matériaux très basiques. Blocs de ciment infusés d'une forme de carbone

Projet de commercialisation de supercondensateurs dans les prochaines années

Des chercheurs du MIT ont proposé une nouvelle batterie alternative fabriquée à partir de matériaux très basiques.

Des blocs de ciment imprégnés d’une forme de carbone similaire à la suie pourraient stocker suffisamment d’énergie pour alimenter des ménages entiers. Un seul bloc de 3,5 mètres pourrait contenir 10 kWh d’énergie et alimenter une maison pendant une journée, et la technologie pourrait être commercialisée dans quelques années, affirment les scientifiques.

Des condensateurs similaires intégrés aux routes pourraient recharger les voitures sans fil, affirment dans un article les professeurs du MIT Franz-Josef Ulm, Admir Masic et Yang-Shao Horn, ainsi que d'autres du MIT et du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering.

Les scientifiques ont découvert que le noir de carbone, une forme de l'élément présent dans les matériaux incomplètement brûlés, peut être ajouté aux blocs de ciment au fur et à mesure de leur prise, les transformant en supercondensateurs, capables de contenir d'importantes charges électriques.

Les condensateurs détiennent la charge électrique sur des conducteurs métalliques séparés. L’énergie qu’ils détiennent dépend de la surface du matériau conducteur, et l’équipe a découvert qu’elle pouvait créer très simplement une surface massive en ajoutant du noir de carbone au ciment humide.

Le noir de carbone est très conducteur et se diffuse dans le ciment humide, pénétrant dans les cavités laissées par l'eau lors de sa réaction pendant le processus de durcissement. Cela crée un réseau de minuscules microfibres ressemblant à des fils au sein de l'éventuel bloc de béton solide, structuré de manière fractale, avec de multiples branches supportant des branches de plus en plus petites.

Le matériau est ensuite trempé dans du sel tel que le chlorure de potassium, qui agit comme un électrolyte, fournissant les particules chargées qui s'accumulent sur les structures carbonées. Deux électrodes constituées de ce matériau, séparées par un mince espace ou une couche isolante, forment un supercondensateur très puissant.

"Ce matériau est fascinant", explique Masic, "car vous disposez du matériau artificiel le plus utilisé au monde, le ciment, combiné avec du noir de carbone, un matériau historique bien connu - les manuscrits de la mer Morte ont été écrits avec lui. . Vous disposez de matériaux vieux d’au moins deux millénaires qui, lorsque vous les combinez d’une manière spécifique, vous obtenez un nanocomposite conducteur, et c’est là que les choses deviennent vraiment intéressantes.

Au fur et à mesure que le mélange prend, « le noir de carbone s’auto-assemble en un fil conducteur connecté », dit-il.

Les condensateurs au ciment peuvent être produits partout dans le monde et les blocs fonctionnent avec seulement trois pour cent de noir de carbone dans le mélange.

Les blocs pourraient contribuer à la transition énergétique, car partout dans le monde, le stockage d’énergie est nécessaire pour équilibrer les énergies renouvelables telles que l’énergie solaire et éolienne, qui ne sont pas produites en même temps qu’elles sont nécessaires.

"Il existe un énorme besoin de stockage d'énergie à grande échelle", déclare Ulm, et les batteries existantes sont chères et dépendent de matériaux tels que le lithium, dont l'offre est limitée, des alternatives moins chères sont donc absolument nécessaires. "C'est là que notre technologie est extrêmement prometteuse, car le ciment est omniprésent."

L'équipe a calculé qu'un bloc de 45 mètres cubes de béton dopé au noir de nanocarbone aurait une capacité suffisante pour stocker environ 10 kWh d'énergie, ce qui est estimé comme la consommation quotidienne moyenne d'électricité d'un ménage, donc les maisons isolées hors réseau avec les batteries des fondations pourraient fonctionner à l’aide d’éoliennes ou de panneaux solaires.

Dans les centres de données, il pourrait être possible d'avoir des batteries UPS faisant partie de la structure du bâtiment.

Si des condensateurs plus puissants sont nécessaires, ils peuvent être fabriqués avec une plus grande concentration de noir de carbone, au détriment d’une certaine résistance structurelle. Cela pourrait être utile pour les applications dans lesquelles le béton ne joue pas de rôle structurel ou lorsque tout le potentiel de résistance du béton n'est pas requis. Pour des applications telles que les fondations ou les éléments structurels de la base d’une éolienne, le « point idéal » se situe autour de 10 % de noir de carbone dans le mélange, indique l’équipe.

Pour preuve de concept, l'équipe a commencé très petit, avec des supercondensateurs de la taille d'une pile bouton, d'un centimètre de diamètre et d'un millimètre d'épaisseur. Trois d'entre eux étaient chargés à un volt et utilisés pour alimenter une diode électroluminescente (LED) de 3 V.