Спецпроекты

Обычный кирпич можно превратить в высокотехнологичную замену аккумулятора. И это не шутка

Техника

Американские исследователи предложили использовать красные кирпичи из обожженной глины в качестве суперконденсаторов, способных часами питать осветительные приборы и бытовую технику. Технология проста и может работать даже под водой.

Суперконденсатор из строительного магазина

Команда ученых из Университета Вашингтона (США) придумала способ по превращению обычного строительного кирпича в устройство для накопления заряда. Свою статью, описывающую весь процесс, они опубликовали в журнале Nature Communications. Авторы идеи – специалисты химического факультета Университета Вашингтона Хунминь Ван (Hongmin Wang), Хаожу Ян (Haoru Yang), Кеннет Хрулски (Kenneth Chrulski) и Джулио д’Арси (Julio D’Arcy), а также сотрудники Института материаловедения и инженерии Вашингтонского университета Ифань Дяо (Yifan Diao), Ян Лу (Yang Lu) и Цинцзюнь Чжоу (Qingjun Zhou).

Ученые предложили идею по использованию красных кирпичей из обожженной глины в качестве не аккумулятора, а суперконденсатора, способного накапливать в себе заряд. По их словам, по их схеме можно превращать в суперконденсаторы стены целых домов, чтобы в дальнейшем использовать хранящееся в них электричество, к примеру, для питания домашней техники в случае отключения света или для работы аварийного освещения.

br600.jpg
В будущем кирпичи смогут заменить центральное энергоснабжение

Суперконденсаторы способны хранить большие запасы энергии в небольшом объеме. В них можно мгновенно «закачать» энергию, и извлечь ее из них можно так же быстро. Срок эксплуатации суперконденсаторов практически неограничен.

Как это работает в теории

Изобретатели предложили использовать пористую структуру кирпича в качестве так называемой «обкладки» конденсатора. Они утверждают, что насыщенность красных кирпичей оксидом железа будет способствовать запуску и протеканию химических реакций, необходимых для получения энергии.

Процесс создания суперконденсатора из обычного кирпича

Согласно их идее, кирпич, чтобы он начал накапливать энергию, необходимо обработать специальным проводящим полимером «поли(3,4-этилендиокситиофен)» (poly(3,4-ethylenedioxythiophene, PEDOT). Полимер проникнет в многочисленные поры красного кирпича и заполнит их, тем самым превратив простой строительный материал, используемый при возведении стен и других конструкций на протяжении 5000 лет, в суперконденсатор. Сам PEDOT будет выступать в качестве электролита и взаимодействовать с оксидом железа. Останется лишь подключить к кирпичу, к примеру, лампочку или иной потребитель энергии.

После обработки PEDOT кирпич теряет свой исходный оттенок, становясь практически черным. В остальном свои свойства он не меняет.

Проверка идеи на практике

Авторы идеи с покрытием кирпичей PEDOT в своей статье привели результаты опытов по использованию кирпичей в качестве суперконденсаторов. Согласно этим данным, один красный кирпич может заряжаться до 3 В за десять секунд. Этой энергии ему хватило для питания обычного зеленого светодиода в течение десяти минут.

По утверждению ученых, «строительные» суперконденсаторы могут работать даже под водой, что говорит о возможности их использования, к примеру, когда идет дождь. Однако для этого необходимо нанести на кирпичи дополнительное изолирующее покрытие – ученые предложили использовать для этого обычную эпоксидную смолу.

Светодиод подключен к кирпичу и при этом горит

Один кирпич с электричеством внутри способен выдерживать 10 тыс. циклов заряда без ухудшения своих свойств. По подсчетам изобретателей, после такого числа циклов он потерял в пределах 10% от своей первоначальной емкости.

Итоговую емкость одного красного кирпича, покрытого полимером PEDOT, проникшего в его структуру, экспериментаторы не сообщают. Они утверждают лишь, что кладки из 50 кирпичей будет достаточно для работы аварийного освещения в течение пяти часов.

Потенциал разработки

Ученые отметили, что превратить в суперконденсатор можно не только новый кирпич, ни разу не использовавшийся в строительстве, но также и тот, что уже является частью построенного дома. Таким образом, дома, из красного кирпича, возведенные несколько лет назад, тоже способны накапливать электричество в своих стенах.

Авторы идеи предложили несколько вариантов подзарядки «аккумуляторных» кирпичей, в том числе и за счет возобновляемых источников энергии. Это могут быть, к примеру, солнечные панели, установленные на крыше дома.

На момент публикации материала разработчики не называли сроки коммерциализации технологии. Она находится на ранней стадии разработки и требует значительного числа улучшений и тестов.

Тем временем в России

Пока американские ученые пытаются выжать электричество из кирпичей, их российские коллеги из Национального исследовательского технологического университета (НИТУ) МИСиС научились использовать борщевик в качестве основного материала при производстве электродов для суперконденсаторов (СК). Созданная ими технология, как сообщал CNews, была протестирована в лабораторных условиях, и эксперимент завершился успехом.

Суперконденсаторы с электродами из борщевика не уступают по своим основным характеристикам аналогам с электродами из многих других материалов. Для изготовления электродов требуются только стебли этого растения – они подвергаются обработке по особой технологии, включающей в себя ряд этапов.

Преимущество использования борщевика при производстве суперконденсаторов в том, что это сорное растение, которое может быть опасным для людей и животных. Его сок при попадании на кожу и воздействии солнечных лучей может вызывать серьезные ожоги, а при попадании в глаза может стать причиной полной или частичной слепоты. Борщевик очень неприхотлив в плане условий для его произрастания. Он очень быстро покрывает большие площади как общего, так и сельскохозяйственного назначения, что позволяет в больших объемах использовать его в качестве сырья для производства электродов.