31 mei. 2021
2 minuten
Stel je een volledig betonnen gebouw van twintig verdiepingen voor dat energie kan opslaan als een gigantische batterij. Dankzij onderzoek van de Chalmers University of Technology, Zweden, kan dit werkelijkheid worden. Onderzoekers ontwikkelden onlangs een concept voor oplaadbare batterijen van cement.
Emma Zhan en Luping Tang zijn erin geslaagd een wereldwijd concept te ontwikkelen voor een oplaadbare batterij op cementbasis. Het concept omvat een mengsel op cementbasis, waaraan kleine hoeveelheden korte koolstofvezels zijn toegevoegd om de geleidbaarheid en buigtaaiheid te vergroten. Vervolgens is in het mengsel een met metaal gecoat koolstofvezelgaas ingebed – ijzer voor de anode en nikkel voor de kathode. Na veel experimenteren is dit het prototype dat de onderzoekers nu presenteren.
"Resultaten van eerdere onderzoeken naar betonbatterijtechnologie toonden zeer lage prestaties, dus we moesten een andere manier te bedenken om de elektrode te produceren. Dit specifieke idee dat we hebben ontwikkeld – dat ook oplaadbaar is – is nog nooit eerder onderzocht. Nu hebben we proof of concept op laboratoriumschaal", zegt Zhang.
De oplaadbare cement-batterij heeft een gemiddelde energiedichtheid van 7 Wattuur per vierkante meter (of 0,8 Wattuur per liter). Dit is nog steeds weinig in vergelijking met commerciële batterijen, maar daar staat tegenover dat er een enorm volume beschikbaar is, bijvoorbeeld bij gebruik in gebouwen.
Het feit dat de batterij oplaadbaar is, is de belangrijkste eigenschap. Energieopslag is een voor de hand liggende mogelijkheid bij gebruik in gebouwen, monitoring is een andere. De onderzoekers zien toepassingen die kunnen variëren van het voeden van Leds, het leveren van 4G-verbindingen in afgelegen gebieden of kathodische bescherming tegen corrosie in betonnen infrastructuur.
"Het kan bijvoorbeeld ook worden gekoppeld aan zonnepanelen om elektriciteit te leveren en de energiebron te worden voor monitoringsystemen in bruggen, waar sensoren die worden aangedreven door een betonnen batterij scheuren of corrosie kunnen detecteren", suggereert Zhang.
Het concept om constructies en gebouwen op deze manier te gebruiken, zou revolutionair kunnen zijn, omdat het een alternatieve oplossing zou bieden voor de energiecrisis, door een groot volume aan energieopslag te bieden. Vanuit duurzaamheidsperspectief is beton verre van ideaal, maar de mogelijkheid om er functionaliteit aan toe te voegen zou een nieuwe dimensie kunnen bieden. Zhang: "We hebben een visie dat deze technologie in de toekomst hele secties van gebouwen met meerdere verdiepingen van functioneel beton zou kunnen maken. Aangezien elk betonoppervlak een laag van deze elektrode kan bevatten, hebben we het over enorme hoeveelheden functionele beton."
Uitdagingen op het gebied van levensduur
Het idee bevindt zich nog in een zeer pril stadium. De technische vragen die nog moeten worden opgelost voordat de techniek op de markt kan worden gebracht, zijn onder meer het verlengen van de levensduur van de batterij en de ontwikkeling van recyclingtechnieken.
"Aangezien betonnen infrastructuur meestal wordt gebouwd om vijftig of zelfs honderd jaar mee te gaan, moeten de batterijen worden verfijnd om hieraan te voldoen, of moeten ze gemakkelijker kunnen worden vervangen en gerecycled wanneer hun levensduur voorbij is. Voorlopig biedt dit technisch gezien een grote uitdaging ", zegt Zhang. Toch verwachten de onderzoekers dat dit wel wordt opgelost, waarna hun innovatie veel te bieden heeft.
Anderen lazen ook
