Cement kan grote hoeveelheden energie opslaan

Vergeet de thuisbatterij: de fundering van je woning is even geschikt om energie op te slaan. MIT-ingenieurs hebben een supercondensator gemaakt van overvloedig aanwezige materialen als cement, roet en water. Een opsteker voor de energietransitie.

Cement en roet kunnen volgens een nieuwe studie van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) de basis vormen voor een nieuw, goedkoop energieopslagsysteem. De bevindingen van deze doorbraak verschenen eind juli in het wetenschappelijk tijdschrift PNAS.

De onderzoekers menen dat hun supercondensator op termijn in de betonnen fundering van een huis zou kunnen worden ingebouwd, waar het een volledige dag aan energie zou kunnen opslaan zonder te raken aan de structurele sterkte van het gebouw. Ze zien ook een betonnen rijweg voor zich die contactloos elektrische auto’s kan opladen die over deze weg rijden.

Historische materialen

Condensatoren bestaan uit twee elektrisch geleidende platen, ondergedompeld in een elektrolyt en gescheiden door een membraan. De twee platen van de condensator werken net als de twee polen van een oplaadbare batterij met een gelijk voltage. De hoeveelheid energie die een condensator kan opslaan hangt af van het totale oppervlak van de geleidende platen.

De nieuwe supercondensator steunt op een methode om een materiaal op basis van cement te maken met een extreem hoog intern oppervlak door een dicht, onderling verbonden netwerk van geleidend materiaal binnen het bulkvolume. De onderzoekers bereikten dit door roet – dat zeer geleidend is – aan een betonmengsel toe te voegen en het geheel te laten uitharden.

“Cement is het meest door de mens gemaakte materiaal ter wereld. Dat combineren we met black carbon, een soort roet. Dat is een bekend historisch materiaal waarmee ook de Dode Zeerollen werden geschreven. Als je die minstens twee millennia oude materialen op een specifieke manier samenvoegt, vormen ze een geleidend nanocomposiet”, verklaart Admir Masic, hoogleraar aan MIT en een van de auteurs van de studie.

Lithiumbatterijen

Deze supercondensatoren hebben een groot potentieel om te helpen bij de wereldwijde overgang naar hernieuwbare energie, stelt een van de andere auteurs, Franz-Josef Ulm. “Wind-, zonne- en getijdenenergie leveren stroom op variabele tijden die vaak niet overeenkomen met de pieken in het elektriciteitsverbruik, dus moeten we energie kunnen opslaan. Bestaande batterijen zijn duur en meestal afhankelijk van materialen zoals lithium, waarvan de voorraad beperkt is.”

Het team achter deze doorbraak demonstreerde het proces door kleine supercondensatoren te maken van ongeveer 1 centimeter in doorsnee en 1 millimeter dik, die elk konden worden opgeladen tot 1 volt. Vervolgens sloten ze er drie aan om een ledlampje van 3 volt te laten oplichten. Nu willen ze een prototype maken ter grootte van een typische 12 volt autobatterij om tot slot op te werken tot een versie van 45 kubieke meter, waarmee ze  het gemiddelde dagelijkse elektriciteitsverbruik voor een huishouden aan energie kunnen opslaan.

Energietransitie

Ze ondervonden ook een wisselwerking tussen de opslagcapaciteit van het materiaal en de structurele sterkte. Door meer roet toe te voegen kan de supercondensator meer energie opslaan, maar is het beton iets zwakker. Dit kan nuttig zijn voor toepassingen waarbij het beton geen structurele rol speelt of waarbij niet de volledige sterkte van beton nodig is. “Het is dus echt een multifunctioneel materiaal”, stelt Ulm.

Hij ziet de supercondensator als “een nieuwe manier om naar de toekomst van beton te kijken als onderdeel van de energietransitie.”