Jedne z najtańszych i najbardziej znanych materiałów budowlanych na świecie, czyli zwykłe cegły, można przekształcić w jednostki magazynujące energię elektryczną - wynika z nowych badań.
Cegły używane są przez ludzi od tysięcy lat, ale jak dotąd nie znaleziono dla nich innego zastosowania. Aż do teraz. Chemicy z Washington University w St. Louis opracowali metodę wytwarzania „inteligentnych” cegieł, które zachowują się jak baterie i mogą magazynować energię do czasu jej wykorzystania do zasilania urządzeń elektrycznych. Jak przekonują autorzy badań, do nowej roli można zmodyfikować także starsze cegły.
W publikacji, która ukazała się na łamach pisma „Nature Communications”, naukowcy zaprezentowali diodę LED bezpośrednio zasilaną właśnie z cegłówki.
- Nasza metoda działa ze zwykłymi cegłami, mogą to być cegły z recyklingu, ale możemy również wytwarzać własne, nowe - powiedział Julio D’Arcy, główny autor publikacji. - Prawdę mówiąc, praca, którą opublikowaliśmy w „Nature Communications”, została przeprowadzano na cegłach, która kupiliśmy w hipermarkecie budowlanym – dodał.
Chociaż niektórzy architekci i projektanci dostrzegli zdolność skromnej cegły do pochłaniania i magazynowania ciepła słonecznego, po raz pierwszy ktoś spróbował użyć cegieł jako czegoś więcej niż tylko materiału budowlanego. D’Arcy i jego współpracownicy, w tym doktorant z Washington University Hongmin Wang, pokazali, jak przekształcić zwykłe cegły w rodzaj urządzenia magazynującego energię.
Uczeni w swoich pracach zmienili cegły w superkondensatory. Mają one dużą pojemność, ale nieduże napięcie. Zaletą superkondensatorów jest to, że ładują się i rozładowują znacznie szybciej w porównaniu z innymi urządzeniami do przechowywania energii.
- Opracowaliśmy powłokę z przewodzącego polimeru zwanego PEDOT, który składa się z nanowłókien wnikających w pory przenikające przez cegły. Ta polimerowa powłoka pozostaje uwięziona w cegle i służy jako gąbka jonowa, która przechowuje i przewodzi prąd - powiedział D’Arcy.
Czerwony pigment w cegłach, czyli tlenek żelaza, jest niezbędny do wywołania reakcji polimeryzacji. Bez tego nie udałoby się stworzyć z cegieł superkondensatorów. Obliczenia autorów badań sugerują, że ściany wykonane z takich cegieł mogą magazynować znaczną ilość energii.
- Cegły pokryte powłoką PEDOT są idealnymi elementami budowlanymi, które mogą zapewnić energię do chociażby awaryjnego oświetlenia. Gdyby połączyć nasze cegły z ogniwami słonecznymi – wystarczyłoby około 50 cegieł, by zasilić awaryjne oświetlenie przez pięć godzin – wyjaśnił D’Arcy. - Ceglana ściana służąca jako superkondensator może być ładowana tysiące razy, a kilka połączonych cegieł z łatwością mogłyby zasilać mikroelektroniczne sensory – dodał.
Znalezienie lepszych sposobów magazynowania energii elektrycznej jest kluczowym elementem walki z kryzysem klimatycznym. Pozwoliłoby to na przechowywanie dużych ilości energii. Pierwsze cegły magazynują wystarczającą ilość energii elektrycznej do zasilania małych lampek. Jeśli jednak uda się zwiększyć ich pojemność, mogą one stać się tanią alternatywą dla obecnie stosowanych akumulatorów litowo-jonowych.
- Ogniwo słoneczne na dachu domu musi gdzieś magazynować energię elektryczną i zazwyczaj używamy do tego baterii. To, co zrobiliśmy, to nowa opcja - powiedział D’Arcy.
- Ciepło jest głównym obszarem zainteresowania, kiedy rozważa się magazynowanie energii w strukturze budynków. To badanie pokazuje, że istnieje również potencjał do magazynowania energii elektrycznej. Osiągi są dalekie od superkondensatorów wykonanych na zamówienie, ale zasada została sprawdzona i istnieje wiele możliwości ulepszeń – przyznał Dan Brett z University College London w Wielkiej Brytanii, który nie brał udziału w tych badaniach.
Źródło: Washington University, St. Louis, fot. D’Arcy Laboratory
