Ingeniører har udviklet et supermateriale, der måske i fremtiden kan oplade din bil, mens du kører, eller levere strøm til dit hjem uden at være koblet op på et elnet.
Teknologien er dannet af nogle gammelkendte materialer, som mennesker har brugt gennem tusinder af år: Cement, salt, vand og såkaldt kønrøg – det sidste er Dødehavsrullerne skrevet med.
Det er hold forskere og ingeniører fra Massachusetts Institute of Technology (MIT) og Harvard University i USA, som står bag det nye supermateriale.
I en forskningsartikel i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences beskriver de, hvordan den såkaldte superkondensator kan lagre enorme mængder energi ud af de lettilgængelige materialer.
Strømlagrende cement
Superkondensatorer minder lidt om batterier, men i modsætning til batterier kan superkondensatorer oplades lynhurtigt, men til gengæld ikke rumme helt så meget energi for en given masse.
De er en slags genopladelige batterier, der dog lagrer og frigiver energi langt hurtigere end almindelige batterier. Det gør de i et elektrisk felt mellem to tætliggende elektroder.
Hvor meget energi en kondensator kan lagre, afhænger af de to ledende pladers overfladeareal, hvorimellem strømmen lagres. Jo større plader, des mere energi.
Forskerholdet har fundet en måde at udvide konceptet på. Deres superkondensator består af et cementbaseret materiale tilsat kønrøg med et usædvanligt højt indre overfladeareal.
Kønrøg, også kaldet carbon black, minder om fint trækul og skabes ved forbrænging med for lidt ilt, såkaldte ufuldstændige forbrændingsprocesser – og så er det elektrisk ledende.
En tidlig udgave af cement-superkondensatoren. Cement tilsat såkaldt kønrøg skaber forgreninger, som giver et større rum til energilagring.
Ved at tilsætte kønrøgen i en cementblanding og lade den hærde, dannes der et tæt, sammenkoblet netværk af ledende materiale i et rumfang – ligesom mellem de to plader i en almindelig superkondensator.
Når cementen reagerer med vand, dannes der et forgrenet netværk af åbninger, hvor kulstof sendes ind i mellemrummene og skaber trådlignende, komplicerede strukturer, hvilket giver et stort overfladeareal inden for et lille rumfang.
Med andre ord skabes der et større rum til energilagring end i en almindelig superkondensator - uden at størrelsen ændres.
Kan lagre en hel dags elforbrug
For at give materialet ladede partikler, lagde forskerne den nye superkondensator i blød i en standardelektrolyt af saltet kaliumklorid, som blev indfanget i kulstofstrukturerne.
Når materialet tilsluttes en strømkilde, som for eksempel solpaneler eller vindenergi, lagres energien, som igen kan frigives og levere strøm - fordi strømmen er lagret, skaber det en stabilitet i strømforsyningen.
I et andet forsøg fik forskerne en 3-volt LED-pære til at lyse med tre små cement-superkondensatorer.
For nu har forskerne skabt en superkondensator på godt 1 cm i diameter og 1 mm i tykkelsen, der kan oplades til en spænding på 1 volt. I et forsøg satte de tre af kondensatorerne sammen, som fik en lysdiode på 3 volt til at tænde.
Holdet har beregnet, at en blok beton på 45 kubikmeter kan have kapacitet nok til at lagre godt 10 kilowatt-timer energi, hvilket svarer til det gennemsnitlige daglige elforbrug for en husstand.
Forskerne mener, at materialet kan skaleres op og integreres i bygningsværker, der kan lagre energi i deres beton og cement med denne superkondensator tilsat. Betonen kan i sig selv også fungere som varmesystem.
De mener også, at materialet kan bruges i betonkørebaner, der i så fald kan lade elbiler op, mens de kører på vejene.