Engenheiros do MIT criam uma energia

As imagens para download no site do MIT News office são disponibilizadas para entidades não comerciais, imprensa e público em geral sob uma licença Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Você não pode alterar as imagens fornecidas, a não ser recortá-las no tamanho certo. Uma linha de crédito deve ser utilizada na reprodução de imagens; se não for fornecido abaixo, credite as imagens ao "MIT".

Imagem anterior Próxima imagem

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 pesquisadores, podem ser combinados com água para formar 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 esta semana 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 for Biologicamente Inspired Engineering.

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. O material é então embebido em um eletrólito padrão, como o cloreto de potássio, uma espécie de sal, que fornece as partículas carregadas que se acumulam nas estruturas de carbono. Dois eletrodos feitos desse material, separados por um espaço fino ou uma camada isolante, formam um supercapacitor muito poderoso, descobriram os pesquisadores.

As duas placas do capacitor funcionam como os dois pólos de uma bateria recarregável de voltagem equivalente: quando conectada a uma fonte de eletricidade, como acontece com uma bateria, a energia é armazenada nas placas e, quando conectada a uma carga, a energia elétrica é armazenada nas placas. a corrente flui de volta para fornecer energia.