Le béton continue d’être au top de sa forme pour les scientifiques du monde entier, y compris pour ceux d’Espagne. Le matériau de construction par excellence est un foyer constant d’innovations technologiques qui découvrent de nouvelles propriétés en changeant certains de ses composants ou en le combinant avec d’autres qui n’ont rien à voir avec la recette originale. Dans ce dernier scénario, un groupe de chercheurs a réussi à mélanger du ciment et un composé de charbon à obtenir un système de stockage d’énergie.
L’étude vient d’être publiée dans la revue scientifique Proceedings of the National Academy of Sciences et une équipe d’ingénieurs du MIT et du Wyss Institute y ont travaillé. La découverte consiste à bien mélanger les deux matériaux dans de l’eau avec des électrolytes, créer un supercondensateur puissant et à faible coût capable d’économiser de l’énergie.
« La portée et le rythme de la transition de notre économie actuelle basée sur les combustibles fossiles vers une économie basée sur les énergies renouvelables dépendront en grande partie de la disponibilité de solutions de stockage d’énergie à grande échelle », expliquent les chercheurs dans l’article. Dans l’étude, ils révèlent « l’une de ces technologies candidates, utilisant des précurseurs chimiques peu coûteux, abondants et largement disponibles » : eau, ciment et charbon.
béton comme pieu
De la même manière que les batteries traditionnelles, le Les supercondensateurs sont également capables de stocker de l’énergie. Le schéma électronique est très différent, utilisant dans ce dernier cas une paire de plaques conductrices immergées dans une solution électrolytique et entre lesquelles une membrane est placée.
Une fois chargée d’énergie, cette membrane agit comme une barrière pour empêcher les ions de circuler entre les plaques, l’une positive et l’autre négative. C’est ainsi qu’ils arrivent àfrais de magasin pour une utilisation ultérieurecomme indiqué dans un communiqué de presse du MIT.
Béton carbone alimentant une LED Franz-Josef Ulm, Admir Masic et Yang-Shao Horn
Une fois tous les ingrédients combinés, les chercheurs attendent que le mélange durcisse pendant un certain temps. Dans le processus, l’eau crée de minuscules ouvertures qui sont ensuite remplies de carbone pour créer un réseau de câblage interne.
Deux plaques de ce matériau sont retirées, placées l’une sur l’autre, et séparés par une couche d’isolant. Et ainsi le béton devient un nouveau supercondensateur.
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La quantité d’énergie qu’un condensateur peut stocker dépend de la surface totale de ses plaques conductrices, expliquent les scientifiques dans un communiqué. La principale innovation des nouveaux supercondensateurs développés par cette équipe provient d’un procédé de fabrication d’un matériau à base de ciment avec « une surface de surface interne extrêmement grande grâce à un réseau dense et interconnecté de matériaux conducteurs dans son volume. » Dans ce cas, ce matériau est du carbone.
L’équipe a calculé qu’un bloc de 45 mètres cubes de ce béton aurait une capacité suffisante pour stocker environ 10 kWh d’énergie. Une quantité considérée comme la assez pour nourrir une maison moyenne. « Puisque le béton conserverait sa résistance, une maison avec une fondation faite de ce matériau pourrait stocker l’énergie générée pendant une journée par des panneaux solaires ou des éoliennes. » Le but est de permettre une utilisation en cas de besoin.
Musée du béton de Doñinos
« Vous avez ces des matériaux vieux d’au moins deux millénaires que, lorsque vous les combinez d’une manière spécifique, vous obtenez un nanocomposite conducteur », a déclaré Admir Masic, co-auteur de la recherche. « Et c’est là que les choses deviennent vraiment intéressantes.
Applications
Ce nouveau matériau ouvre tout un monde d’applications. Partout où la présence de béton est requise, il peut devenir un gros tas. En ajoutant plus de carbone, expliquent-ils, le supercondensateur résultant peut stocker plus d’énergie, mais le béton est un peu plus faible. Loin d’être un inconvénient, ce fait a des applications clés, dans des endroits où le béton lui-même n’a aucun rôle structurel ou où la pleine capacité résistive n’est pas requise.
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« Une autre application potentielle est la construction de routes avec du béton qui pourrait stocker de l’énergie produit par des panneaux solaires le long de la route, puis le livre aux véhicules électriques qui y circulent. » Ce serait un moyen d’utiliser la même technologie de recharge sans fil qui est actuellement présente dans les téléphones mobiles et qui a déjà été testée dans certains projets.
Comme ils l’expliquent, les utilisations initiales les plus immédiates pourraient être pour maisons, bâtiments isolés ou abris loin du réseau électrique conventionnel. Ceux-ci pourraient être alimentés par des panneaux solaires connectés aux supercondensateurs en béton. Mais la meilleure chose est que c’est une technologie très évolutive.
Bâtiment de construction en béton gett_urban via Unsplash
« Vous pouvez passer d’électrodes de 1 millimètre d’épaisseur à des électrodes de 1 mètre, et ce faisant, vous pouvez essentiellement augmenter la capacité de stockage d’énergie. De l’allumage d’une LED pendant quelques secondes nourrir toute une maison« , déclare Franz-Josef Ulm, professeur au MIT.
En fonction des propriétés recherchées pour chaque application, le système peut être configuré virtuellement à la carte en ajustant le mix. Pour un véhicule chargeant une autoroute, des taux de charge et de décharge très rapides seraient nécessaires, tandis que pour alimenter une maison « vous avez toute la journée pour la recharger », un matériau ayant cette propriété pourrait donc être utilisé.
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