«Ключом к устойчивому развитию бетона является разработка многофункционального бетона, сочетающего в себе функции накопления энергии, самовосстановления и связывания углерода. Бетон уже является самым распространенным строительным материалом в мире, так почему бы не воспользоваться этим преимуществом для создания других возможностей?» — спрашивает Адмир Масич из Массачусетского технологического института, ведущий автор исследования.

Недавние открытия в электролитах и развитие производственных процессов на порядок увеличили энергоемкость новейших суперконденсаторов «электробетона». В 2023 году для хранения энергии, достаточной для удовлетворения ежедневных потребностей среднего дома, потребовалось бы около 45 кубических метров такого стройматериала. Такого количества хватит, чтобы построить средний подвал, пишет MIT News. Теперь, с помощью улучшенного электролита, хватит примерно 5 кубометров нового бетона.

Повышение плотности энергии стало возможным благодаря более глубокому пониманию того, как функционирует и взаимодействует с электролитами сеть наноуглеродной сажи.

Используя сфокусированные ионные пучки для последовательного удаления тонких слоев материала, а затем проводя визуализацию каждого среза с помощью сканирующего электронного микроскопа, команда ученых смогла создать проводящую наносеть с самым высоким на сегодня разрешением. Этот подход позволил команде обнаружить, что сеть представляет собой, по сути, фрактальную «паутину», окружающую поры бетона, что позволяет электролиту проникать внутрь и проводить ток.

Вооруженные новым пониманием, ученые провели ряд экспериментов с различными электролитами и их концентрациями, чтобы понять, как они влияют на плотность накопления энергии. Они обнаружили, что существует широкий спектр электролитов, которые могут быть подходящими кандидатами для «электробетона». В частности, даже морская вода, что может пригодиться в строительстве опорных конструкций для морских ветровых электростанций.

Попутно команда оптимизировала способ добавления электролитов в смесь. Вместо того, чтобы вулканизировать электроды и затем замачивать их в электролите, они добавляли электролит непосредственно в воду для смешивания. Поскольку проникновение электролита перестало быть проблемой, стало возможным отливать более толстые электроды, которые накапливали больше энергии.

Наилучших результатов ученые достигли, перейдя на органические электролиты, особенно те, которые сочетали четвертичные аммониевые соли с ацетонитрилом, прозрачной проводящей жидкостью. Кубический метр этой версии «электробетона» может хранить более 2 кВт*ч энергии. Этого достаточно, чтобы обеспечить работу одного холодильника в течение дня.

Хотя аккумуляторы сохраняют более высокую плотность энергии, «электробетон» в принципе можно встраивать непосредственно в самые разные архитектурные элементы — от плит и стен до куполов и сводов — и прослужит он столько же, сколько и сама конструкция.

В Швейцарии разработали опалубку, вдохновленную оригами, которая позволяет возводить прочные сводчатые перекрытия, используя на 60% меньше бетона и на 90% меньше стали. Легкая, многоразовая и простая в сборке конструкция из фанерных полос и текстильных шарниров не только снижает затраты на строительство, но и сокращает выбросы CO₂.