Betonul-baterie MIT: peste 2 kWh/m³ și stocare integrată în fundații, pereți și drumuri — NRG-IA

O casă ar putea ajunge să-și păstreze energia solară chiar în fundație. Un drum ar putea funcționa simultan ca infrastructură de transport și rezervor de electricitate. Iar o parte din betonul turnat oricum în clădiri, parcări și poduri ar putea primi o a doua funcție: stocarea energiei. Aceasta este direcția deschisă de cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology, care au dezvoltat un material pe bază de ciment, apă și carbon black capabil să funcționeze simultan ca element structural și supercapacitor. În cea mai nouă generație publicată de echipă, densitatea energetică a crescut de aproximativ zece ori față de versiunea precedentă , iar configurația cu cel mai performant electrolit testat poate depăși 2 kWh de energie stocată pe metru cub de material . Progresul schimbă scara la care poate fi imaginată tehnologia. În 2023, echipa MIT estima că ar fi fost necesari aproximativ 45 m³ de material pentru a stoca circa 10 kWh, valoare folosită atunci drept reper pentru consumul zilnic al unei locuințe. După îmbunătățirile prezentate în 2025, aceeași capacitate ar putea fi obținută, potrivit estimării MIT, cu aproximativ 5 m³ . Este un volum comparabil cu cel al unui perete masiv de subsol sau cu o parte din fundația unei case. Betonul nu primește o baterie. Betonul devine dispozitivul de stocare Tehnologia MIT poartă denumirea de electron-conducting carbon concrete , prescurtat ec³. Materialul nu funcționează ca o baterie litiu-ion ascunsă în beton. Însuși amestecul structural devine componenta activă a unui supercapacitor. Carbon black este o formă foarte fină și conductoare de carbon. Introdus în amestecul de ciment și apă, acesta ajunge să formeze în timpul hidratării cimentului o rețea conductoare extrem de ramificată. La scară microscopică, structura seamănă cu o rețea fractală care se răspândește prin porii materialului. Această geometrie este esențială: creează o suprafață internă foarte mare pe care se poate acumula sarcină electrică. Două elemente realizate din ec³ pot funcționa drept electrozi, separate de un material izolator și aflate în contact cu un electrolit. Când sistemul este încărcat, ionii din electrolit se redistribuie pe suprafața rețelei de carbon, iar energia este stocată în principal electrostatic la interfața dintre electrod și electrolit. Rezultatul este un supercapacitor structural : aceeași masă de material poate suporta sarcină mecanică și participa la stocarea electricității. Această suprapunere a funcțiilor este motivul pentru care densitatea energetică nu trebuie comparată mecanic cu cea a unei baterii convenționale. O baterie ocupă volum special construit pentru stocare. Fundația unei clădiri trebuie construită oricum. Dacă o parte a acelui volum poate dobândi și o funcție energetică, economia sistemului se schimbă fundamental. De la 45 la aproximativ 5 metri cubi pentru același exemplu energetic Cea mai mare evoluție față de prima generație ec³ a venit din controlul mai bun al structurii interne, al electrolitului și al procesului de fabricație. În primele configurații, electrozii întăriți trebuiau ulterior îmbibați cu electrolit. Noua abordare permite introducerea electrolitului direct în apa utilizată pentru amestec, ceea ce face posibilă realizarea unor electrozi mai groși și o utilizare mai eficientă a volumului. Cea mai performantă configurație testată de MIT folosește un electrolit organic și ajunge la peste 2 kWh/m³ . Cifra reprezintă energia care poate fi stocată într-un volum de material, nu puterea furnizată instantaneu. La această densitate, aproximativ 5 m³ ar corespunde celor circa 10 kWh utilizate în exemplul MIT pentru necesarul zilnic al unei locuințe. Saltul de la aproximativ 45 m³ la aproximativ 5 m³ în numai două generații de cercetare este unul dintre cele mai importante rezultate ale programului. Prototipurile au trecut deja de simplul LED Echipa MIT a construit și un modul de supercapacitor de 12 V și 50 F , format prin conectarea mai multor elemente, suficient pentru a alimenta un ventilator de 12 V și o consolă de jocuri prin USB. Cercetătorii au mers apoi într-o direcție și mai relevantă pentru viitoarele clădiri: au realizat un arc structural ec³ de 9 V . Arcul susținea atât propria greutate, cât și o sarcină suplimentară, în timp ce furniza electricitate unui LED. Demonstrația confirmă exact caracteristica care diferențiază tehnologia de sistemele convenționale de stocare: materialul energetic poate avea simultan un rol mecanic real. În timpul testelor a apărut și un efect suplimentar. Pe măsură ce sarcina mecanică asupra arcului era modificată, comportamentul electric se schimba, iar LED-ul începea să pâlpâie. MIT consideră că fenomenul poate deschide o altă direcție de cercetare: folosirea materialului și pentru monitorizarea stării structurale. Într-un asemenea scenariu, betonul ar putea ajunge să îndeplinească trei funcții în aceeași structură: să suporte sarcina, să stocheze electricitatea și să ofere informații despre…