Новые суперконденсаторы, созданные на его основе, теперь способны накапливать в 10 раз больше энергии, чем предыдущие версии, и потенциально могут превратить здания, дороги и мосты в гигантские системы хранения электричества.
EC³ создают из цемента, воды, наночастиц углеродной сажи и электролитов. Внутри материала формируется проводящая «наносеть», позволяющая ему работать как накопителю энергии. Проще говоря, бетон может стать не просто строительным материалом, а элементом энергетической инфраструктуры.
В 2023 году для хранения энергии, достаточной для нужд одного дома, требовалось около 45 кубометров EC³ — примерно столько бетона уходит на стандартный подвал. Теперь, после оптимизации состава, тот же объём энергии можно аккумулировать в всего пяти кубометрах — объёме типичной стены подвала.
«Ключ к устойчивому развитию — в многофункциональных материалах. Бетон — самый распространённый строительный материал на планете. Почему бы не научить его делать больше, чем просто держать нагрузку?» — говорит Адмир Масич, ведущий автор исследования и со-директор EC³ Hub в MIT.
Чтобы понять, как именно EC³ накапливает энергию, исследователи использовали FIB-SEM-томографию — метод, при котором материал послойно «срезают» и изучают под электронным микроскопом. Так они впервые увидели, как выглядит проводящая сеть внутри бетона: фрактальная «паутинка», обволакивающая поры и создающая каналы для прохождения электричества.
Понимание этой структуры позволило оптимизировать состав электролита и процесс производства. Теперь электролит добавляют прямо в воду при замешивании, а не после отливки электродов. Это открыло путь к созданию более толстых и ёмких элементов.
Особенно эффективными оказались органические электролиты на основе четвертичных аммониевых солей и ацетонитрила — веществ, знакомых химикам и производственникам. В результате кубометр EC³ способен хранить более 2 кВт·ч энергии — примерно столько потребляет холодильник за день.
Чтобы продемонстрировать потенциал технологии, команда MIT построила миниатюрную арку из EC³, которая одновременно выдерживала нагрузку и питала светодиод. Когда на арку добавляли вес, свет начинал мерцать — словно конструкция сама сообщала, что находится под напряжением.
По словам Масича, это открывает путь к самоконтролирующимся зданиям, которые смогут «сообщать» о нагрузках и повреждениях в реальном времени.
Технология EC³ уже используется в реальных проектах: например, для обогрева тротуаров в японском Саппоро, где она помогает обходиться без соли. Благодаря улучшенной энергоёмкости и простоте масштабирования, материал может применяться в самых разных сценариях — от заряжающих площадок для электромобилей до автономных зданий, способных хранить собственную энергию.
«Мы привыкли к тому, что бетон просто стоит. Но теперь он может работать. Он может быть частью энергетического цикла, частью „умного“ города», — отмечает Дамиан Стефанюк, соавтор исследования.
Иронично, что в основе этой инновации — материал, известный со времён Древнего Рима. «Римляне создали Пантеон без единого стального прута, и он стоит до сих пор. Мы просто добавили немного нанотехнологий в ту же идею», — говорит Масич.
По словам Франца-Йозефа Ульма, профессора MIT и со-директора EC³ Hub, новое поколение «умных» бетонов способно стать альтернативой аккумуляторам, которые сегодня требуют редких и токсичных материалов.
«Мы видим будущее, где здания не просто потребляют энергию, а хранят и вырабатывают её сами», — говорит он.
