Функциональные возможности бетона, наиболее массового строительного материала, были существенно расширены благодаря работе специалистов Массачусетского технологического института (MIT). Учеными была усовершенствована технология, позволяющая строить «бетонные батареи», которые совмещают в себе несущую способность и функцию хранения электроэнергии. Детальное описание методики и результаты экспериментов представлены в научной статье, опубликованной в издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Бетонная батарея. Источник: MIT

Для придания бетону электрохимических свойств в его состав вводят ультрадисперсный технический углерод (сажу) и ионную жидкость (электролит). При смешивании с цементом и водой углеродные наночастицы образуют сплошную проводящую матрицу внутри застывающего материала. По словам Адмира Масича, одного из авторов работы, именно эта спонтанная самоорганизация структуры на наноуровне является фундаментальным условием для работы устройства. Получившаяся углеродная матрица обеспечивает необходимую среду для миграции ионов электролита, что и является принципом работы любого аккумулятора.

Главным достижением новой разработки стал десятикратное увеличение плотности хранения энергии. Такого скачка удалось добиться за счёт тщательного подбора химического состава электролитов. Чтобы лучше понять масштаб прорыва, достаточно провести сравнение с предыдущей версией «бетонной батареи» 2023 года: оной требовалось 45 кубометров для суточного энергоснабжения одного дома, тогда как нынешней –  достаточно всего 5. Этот объём уже вполне сопоставим с размерами фундаментной стены в небольшом частном доме, что переводит технологию из разряда теоретических в плоскость реального применения.

Удельная энергоёмкость нового материала превышает 2 кВт·ч на кубический метр. Как уточняет Дамиан Стефанюк, один из разработчиков, этого количества запасённой энергии достаточно для поддержания суточной работы такого распространённого бытового прибора, как холодильник. Примечательно, что сам объём в один кубометр визуально сопоставим с габаритами того же самого бытового прибора, что делает эту аналогию особенно понятной для всех читателей.

Пример действия бетонной батареи. Источник: MIT

Новая технология предполагает прямую интеграцию накопителей энергии в стандартные строительные элементы, такие как стены, перекрытия или своды. Для проверки этой теории исследователи изготовили прототип в виде миниатюрной арки, отсылающей к римской архитектуре. Прототип подтвердил свою несущую способность и одновременно обеспечил питание для светодиода. При этом была выявлена прямая корреляция между механической нагрузкой и электрическими параметрами: интенсивность свечения диода изменялась пропорционально приложенному усилию. Адмир Масич видит в этом потенциал для разработки «самодиагностирующихся» конструкций, способных в реальном времени предоставлять данные о своем структурном состоянии.

Сфера применения данной технологии выходит далеко за рамки обычных зданий, охватывая такие масштабные объекты, как парковки, автомобильные дороги и прибрежные сооружения. По мнению Дамиана Стефанюка, именно возросшая энергоёмкость и универсальность делают разработку мощным инструментом для решения актуальных энергетических задач. Например, для строительства полностью автономных зарядных станций для электромобилей. По сути, речь идет о переосмыслении самой роли архитектуры: несущие конструкции перестают быть пассивными элементами и превращаются в активных участников энергетической системы, прокладывая дорогу к многофункциональному и устойчивому будущему.