MIT の幹部がセメントから家庭用電池の代替品を作る • The Register

マサチューセッツ工科大学の研究者らは、セメント、少量の水、粉末状のカーボンブラック（元素の結晶形）だけを使用してエネルギーを貯蔵する斬新な方法を発見したと主張している。

これらの材料を巧みに組み合わせてスーパーキャパシタを作成すると、住宅の蓄電基礎や、車両をワイヤレス充電できる道路の構築に使用でき、風力タービンやその他の再生可能エネルギー システムの基礎として機能する可能性があります。驚くべき量のエネルギーであると研究チームは主張している。

米国科学アカデミー紀要に掲載された論文によると、カーボンブラックをドープしたセメント 45 立方メートルには、平均的な家庭が 1 日に使用する量に相当する 10 キロワット時のエネルギーを貯蔵するのに十分な容量があるとのことです。 この大きさのセメントブロックは一辺約 3.5 メートルで、家の大きさにもよりますが、理論的には再生可能エネルギーを利用するオフグリッド住宅に必要なすべてのエネルギーをこのブロックに蓄えることができます。

「世界で最も使用されている人工材料であるセメントは、カーボンブラックと組み合わせられており、これはよく知られた歴史的資料であり、死海文書はそれを使って書かれたものです」とマサチューセッツ工科大学土木工学准教授は述べた。環境工学、アドミール・マシック。

「少なくとも 2,000 年前の材料があり、それらを特定の方法で組み合わせると、導電性ナノ複合材料が生まれます。そして、それが本当に興味深いことになります」と Masic 氏は付け加えました。

コンデンサはエネルギーを蓄えることができますが、電池とは異なります。

バッテリーは化学エネルギーの静電荷への変換に依存してエネルギーを蓄積および放出しますが、コンデンサは導電性の分離されたプレート間の電界にエネルギーを蓄積します。 2 つの導体間のギャップの絶縁体がより完全であればあるほど、より多くの（等しいが逆の）電荷を各導体に蓄えることができます。 スーパーキャパシタ（セパレータとしてグラフェンを含むイオン透過膜を使用）も同様に機能します。

電源に接続すると、エネルギーがプレートに蓄えられますが、負荷に接続すると、電流が逆流して電力を供給します。

コンデンサまたはスーパーコンデンサの容量は、それだけではありませんが、そのプレートの表面積によって主に決まります。 MITの研究者らは、カーボンブラックと水が相互作用する仕組みのおかげで、研究した材料は非常に高い内部表面積を持っていると説明した。

「炭素の存在下でのセメントの水和反応は、フラクタルのような電子伝導性の炭素ネットワークを生成し、これが耐荷重性のセメントベースのマトリックスに浸透します」と著者らは指摘しています。 本質的に、このカーボンリッチなセメントのブロックには、導電性の高いカーボン ブラック ワイヤーが通っており、表面積が大幅に増加し、貯蔵容量が増加します。

マシック氏は、混合物が硬化するにつれて水がセメントに吸収されると述べた。 カーボンブラックは疎水性が高く、同じ方法では分散できないため、「カーボンブラックは自己集合して接続された導線になります」。

硬化したセメントがスーパーキャパシタとして機能するには、混合物のわずか 3% がカーボン ブラックでなければなりませんが、研究者らは、10% のカーボン ブラック混合物が理想的であることを発見しました。 この比率を超えると、セメントの安定性が低下し、建物や基礎に望ましくないものになります。 研究チームは、非構造的に使用するとカーボンブラックの濃度が高くなり、エネルギー貯蔵能力が高くなる可能性があると指摘している。

チームは、カーボン ブラック混合物を使用して小さな 1 ボルトのテスト プラットフォームを構築しただけですが、12 ボルトの自動車バッテリーと同じサイズのスーパーキャパシタにスケールアップし、最終的には 45 立方メートルのブロックにスケールアップする計画を立てています。

この混合物はエネルギー貯蔵に使用されるだけでなく、セメントに包まれた導電性炭素ネットワークに電気を流すことで熱を供給するためにも使用できるとMITは指摘した。

「大規模なエネルギー貯蔵に対する大きなニーズがある」と、MIT土木・環境工学教授であり、MITの具体的な持続可能性ハブの責任者であるフランツ・ヨーゼフ・ウルム氏は述べた。 この論文の共著者であるウルム氏は、安価で豊富な材料を使って作られたスーパーキャパシタは、世界の再生可能エネルギーへの移行を助ける大きな助けとなり、リチウムのような高価で希少な材料の必要性を排除できる可能性があると説明した。