Ingenjörer har utvecklat ett supermaterial som i framtiden ska kunna ladda din bil medan du kör eller förse ditt hem med elektricitet utan att vara kopplat till något elnät.
Tekniken bygger på ett antal välkända material som människor har använt i tusentals år: Cement, salt, vatten och så kallad kimrök – som Dödahavsrullarna skrevs med.
Det är en grupp forskare och ingenjörer från Massachusetts Institute of Technology (MIT) och Harvard University i USA, som har tagit fram det nya supermaterialet.
I en forskningsartikel i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences beskrivs hur den så kallade superkondensatorn kan lagra enorma mängder energi av de lättillgängliga materialen.
Ellagrande cement
Superkondensatorer påminner lite om batterier, men till skillnad från batterier kan superkondensatorer laddas upp blixtsnabbt, men kan däremot inte rymma lika mycket energi för en given massa.
De är ett slags uppladdningsbara batterier, som lagrar och frisätter energi betydligt fortare än vanliga batterier. Det gör de i ett elektriskt fält mellan två tätt intill varandra liggande elektroder.
Hur mycket energi en kondensator kan lagra beror på de båda ledande plattornas ytarea, mellan vilka elektriciteten lagras. Ju större plattor, desto mer energi.
Forskargruppen har hittat ett sätt att expandera detta koncept. Deras superkondensator består av ett cementbaserat material, som tillsätts kimrök med en ovanligt hög inre ytarea.
Kimrök, "carbon black" på engelska, påminner om fint träkol och skapas genom förbränning med för lite syre, så kallade ofullständiga förbränningsprocesser – och det är elektriskt ledande.
En tidig version av cement-superkondensatorn. Cement som har tillsatts så kallad kimrök bildar förgreningar som ökar volymen för energilagring.
Genom att tillsätta kimröken i en cementblandning och låta den härda bildas ett tätt nätverk av ledande material i en volym – som mellan de båda plattorna i en vanlig superkondensator.
När cementen reagerar med vatten bildas ett förgrenat nätverk av öppningar, genom vilka kol skickas in i mellanrummen och skapar en trådliknande, komplicerade strukturer, vilket ger en stor ytarea inom en liten volym.
Det skapas med andra ord större rum för energilagring än i en vanlig superkondesator – utan att storleken förändras.
Kan lagra en hel dags elförbrukning
För att ge materialet laddade partiklar lade forskarna den nya superkondensatorn i blöt i en standardelektrolyt av saltad kaliumklorid, som fångades in i kolstrukturerna.
När materialet ansluts till en energikälla, som exempelvis solpaneler eller vindenergi lagras energin, som kan frisättas och leverera elektricitet igen – eftersom elektriciteten finns lagrad skapas en stabilitet i elförsörjningen.
I ett annat försök fick forskarna en 3-volts lysdiod att tändas med tre små cement-superkondensatorer.
Nu har forskarna tillverkat en superkondensator som är drygt en centimeter diameter och en millimeter tjock, som kan laddas med en spänning på en volt. I ett försök kopplade de ihop tre av kondensatorerna, som fick en lysdiod på tre volt att tändas.
Forskarna har räknat ut att ett betongblock på 45 kubikmeter kan ha tillräckligt stor kapacitet för att lagra drygt tio kilowattimmar energi, vilket motsvarar den genomsnittliga dagliga elförbrukningen i ett hushåll.
Forskarna tror att materialet kan förstoras skalenligt och integreras i byggnadsverk som kan lagra energi i dess betong och cement som har tillsatts denna superkondensator. Betongen även i sig självt fungera som ett värmesystem.
De tror vidare att materialet kan användas i betongkörfält, som på så sätt kan ladda upp elbilar medan de kör på vägen.