Des chercheurs du MIT construisent une alternative aux batteries domestiques en ciment - The Register

Des chercheurs du MIT affirment avoir trouvé une nouvelle façon de stocker l’énergie en utilisant uniquement du ciment, un peu d’eau et de la poudre de noir de carbone – une forme cristalline de l’élément.

Les matériaux peuvent être intelligemment combinés pour créer des supercondensateurs, qui pourraient à leur tour être utilisés pour construire des fondations de stockage d'énergie dans les maisons, des routes qui pourraient recharger les véhicules sans fil et servir de base aux éoliennes et autres systèmes d'énergie renouvelable - tout en conservant une une quantité d'énergie surprenante, affirme l'équipe.

Selon un article publié dans les Actes de l'Académie nationale des sciences, 45 mètres cubes de ciment dopé au noir de carbone pourraient avoir une capacité suffisante pour stocker 10 kilowattheures d'énergie, soit à peu près la quantité qu'un ménage moyen utilise par jour. Un bloc de ciment de cette taille mesurerait environ 3,5 mètres de côté et, selon la taille de la maison, le bloc pourrait théoriquement stocker toute l'énergie dont une maison hors réseau utilisant des énergies renouvelables aurait besoin.

"Vous disposez du matériau artificiel le plus utilisé au monde, le ciment, qui est combiné avec du noir de carbone, qui est un matériau historique bien connu - les manuscrits de la mer Morte ont été écrits avec", a déclaré le professeur agrégé de sciences civiles et civiles du MIT. Génie de l'environnement, Admir Masic.

"Vous disposez de matériaux vieux d'au moins deux millénaires et lorsque vous les combinez d'une manière spécifique, vous obtenez un nanocomposite conducteur, et c'est là que les choses deviennent vraiment intéressantes", a ajouté Masic.

Les condensateurs sont capables de stocker de l'énergie, mais pas de la même manière que les batteries.

Alors que les batteries reposent sur la conversion de l'énergie chimique en charge électrostatique pour stocker et libérer de l'énergie, les condensateurs stockent l'énergie dans un champ électrique entre des plaques conductrices séparées. Plus l'isolant dans l'espace entre les deux conducteurs est parfait, plus la charge (égale mais opposée) peut être stockée dans chaque conducteur. Les supercondensateurs – qui utilisent des membranes perméables aux ions comprenant du graphène comme séparateur – fonctionnent de manière similaire.

Lorsqu’elle est connectée à une source d’électricité, l’énergie est stockée dans les plaques, mais lorsqu’elle est connectée à une charge, le courant reflue pour produire de l’énergie.

La capacité d’un condensateur ou d’un supercondensateur est largement, mais pas uniquement, déterminée par la surface de ses plaques. Les chercheurs du MIT ont expliqué que le matériau qu’ils ont exploré possède une surface interne exceptionnellement élevée grâce à la manière dont le noir de carbone et l’eau interagissent.

"Les réactions d'hydratation du ciment en présence de carbone génèrent un réseau de carbone conducteur d'électrons de type fractal qui imprègne la matrice porteuse à base de ciment", notent les auteurs. Essentiellement, un bloc de ce ciment riche en carbone est traversé par des fils de noir de carbone hautement conducteurs qui augmentent considérablement la surface et donc la capacité de stockage.

Masic a déclaré qu'à mesure que le mélange durcissait, l'eau était absorbée par le ciment. Le noir de carbone, qui est hautement hydrophobe, ne peut pas être dispersé de la même manière, donc « le noir de carbone s'auto-assemble en un fil conducteur connecté ».

Seulement trois pour cent du mélange doivent être constitués de noir de carbone pour que le ciment durci agisse comme un supercondensateur, mais les chercheurs ont découvert qu'un mélange de 10 pour cent de noir de carbone semble être idéal. Au-delà de ce rapport, le ciment devient moins stable – ce que l’on ne souhaite pas dans un bâtiment ou une fondation. L’équipe note qu’une utilisation non structurelle pourrait permettre des concentrations plus élevées de noir de carbone, et donc une capacité de stockage d’énergie plus élevée.

L’équipe n’a construit qu’une minuscule plate-forme de test d’un volt en utilisant son mélange de noir de carbone, mais prévoit de passer à des supercondensateurs de la même taille qu’une batterie d’automobile de 12 volts – et éventuellement au bloc de 45 mètres cubes.

En plus d'être utilisé pour le stockage d'énergie, le mélange pourrait également être utilisé pour fournir de la chaleur – en appliquant de l'électricité au réseau conducteur de carbone enfermé dans le ciment, a noté le MIT.

"Il existe un énorme besoin de stockage d'énergie à grande échelle", a noté Franz-Josef Ulm, professeur de génie civil et environnemental au MIT et directeur du centre de développement durable du béton du MIT. Ulm, co-auteur de l'article, a expliqué que les supercondensateurs fabriqués à partir de matériaux moins chers et plus abondants pourraient être d'une grande aide pour aider la transition mondiale vers les énergies renouvelables et éliminer le besoin de matériaux coûteux et rares comme le lithium.