Engenheiros criam uma energia

Jun 19, 2023

31 de julho de 2023

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pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Dois dos materiais históricos mais omnipresentes da humanidade, o cimento e o negro de fumo (que se assemelha a carvão muito fino), podem constituir a base para um novo sistema de armazenamento de energia de baixo custo, de acordo com um novo estudo. A tecnologia poderia facilitar a utilização de fontes de energia renováveis, como a energia solar, eólica e das marés, permitindo que as redes de energia permanecessem estáveis ​​apesar das flutuações no fornecimento de energia renovável.

Os dois materiais, descobriram os investigadores, podem ser combinados com água para fazer um supercapacitor – uma alternativa às baterias – que poderia fornecer armazenamento de energia elétrica.

Por exemplo, os pesquisadores do MIT que desenvolveram o sistema dizem que seu supercapacitor poderia eventualmente ser incorporado à fundação de concreto de uma casa, onde poderia armazenar energia para um dia inteiro, acrescentando pouco (ou nenhum) ao custo da fundação. e ainda fornecendo a resistência estrutural necessária. Os pesquisadores também imaginam uma estrada de concreto que poderia fornecer recarga sem contato para carros elétricos enquanto eles viajam por essa estrada.

A tecnologia simples, mas inovadora, é descrita na revista PNAS, em um artigo dos professores do MIT Franz-Josef Ulm, Admir Masic e Yang-Shao Horn, e quatro outros do MIT e do Wyss Institute.

Os capacitores são, em princípio, dispositivos muito simples, constituídos por duas placas eletricamente condutoras imersas em um eletrólito e separadas por uma membrana. Quando uma tensão é aplicada ao capacitor, os íons carregados positivamente do eletrólito se acumulam na placa carregada negativamente, enquanto a placa carregada positivamente acumula íons carregados negativamente.

Como a membrana entre as placas impede a migração de íons carregados, essa separação de cargas cria um campo elétrico entre as placas e o capacitor fica carregado. As duas placas podem manter esse par de cargas por muito tempo e depois liberá-las muito rapidamente quando necessário. Supercapacitores são simplesmente capacitores que podem armazenar cargas excepcionalmente grandes.

A quantidade de energia que um capacitor pode armazenar depende da área superficial total de suas placas condutoras. A chave para os novos supercapacitores desenvolvidos por esta equipe vem de um método de produção de um material à base de cimento com uma área de superfície interna extremamente alta devido a uma rede densa e interconectada de material condutor dentro de seu volume.

Os pesquisadores conseguiram isso introduzindo negro de fumo – que é altamente condutivo – em uma mistura de concreto junto com pó de cimento e água, e deixando-o curar. A água forma naturalmente uma rede ramificada de aberturas dentro da estrutura à medida que reage com o cimento, e o carbono migra para esses espaços para formar estruturas semelhantes a fios dentro do cimento endurecido. Estas estruturas têm uma estrutura semelhante a um fractal, com ramos maiores a brotar ramos mais pequenos, e aqueles a brotar ramos ainda mais pequenos, e assim por diante, terminando com uma área de superfície extremamente grande dentro dos limites de um volume relativamente pequeno.