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2025-10-06 12:33:00
コンクリートはすでに私たちの世界を構築していますが、今ではそれを動かすことに一歩近づいています。
電子伝導炭素コンクリート（EC³）ベースのARCH構造は、デュアル機能のためにスーパーキャパシタ電極を統合します。プロトタイプは、構造荷重ベアリングとLEDに電力を供給する能力の両方を示しています。ライトの強度は適用された負荷の下で変化し、スーパーキャパシタを介したリアルタイムの構造的健康監視の可能性を強調しています。画像：MITEC³ハブの厚意により。
MIT研究者が持っているように 新しいで報告されています pnas 紙、最適化された電解質と製造プロセスにより、最新のEC3スーパーキャパシタのエネルギー貯蔵容量が1桁増加しました。
2023年、平均的な家の日々のニーズを満たすのに十分なエネルギーを貯める 必要だったでしょう EC3の約45立方メートル、典型的な地下室で使用されるコンクリートのほぼ量です。現在、改善された電解質により、その同じタスクを約5立方メートル（典型的な地下壁の量）で達成できます。
「多機能コンクリート」
「コンクリートの持続可能性の鍵は、このエネルギー貯蔵などの機能を統合する「多機能コンクリート」の開発です。 自己癒し、 そして 炭素隔離。コンクリートはすでに世界で最も使用されている建設資材です。そのため、他の利点を作成するためにその規模を利用してみませんか？」新しい研究の主著者であるアドミール・マシックに尋ねた、 MIT電子伝導炭素セメントベースの材料ハブ （EC³ハブ）共同ディレクター、およびMITの土木および環境工学准教授（CEE）。
12ボルトEC³スーパーキャパシタプロトタイプは、電解質に浸した多孔質分離器に挟まれたEC³電極を積み重ねて作られています。 12VコンピューターファンとUSB経由で5Vビデオゲームコンソールを搭載しました。画像：PNASペーパーからのMITEC³ハブの厚意により。
改善されたエネルギー密度は、EC3内のナノカーボンブラックネットワークが電解質とどのように機能し、相互作用するかをより深く理解することで可能になりました。
EC3材料の薄層を連続的に除去するためにフォーカスイオンビームを使用し、それに続いてスキャン電子顕微鏡（FIB-sem断層撮影と呼ばれる技術）を使用した各スライスの高解像度イメージングが続きます。 MITコンクリートの持続可能性ハブ 導電性ナノネットワークをまだ最高の解像度で再構築することができました。このアプローチにより、チームは、ネットワークが本質的にEC3の毛穴を囲むフラクタルのような「ウェブ」であることを発見することができました。これにより、電解質が浸透し、電流がシステムを流れることができます。
「これらの材料がナノスケールでどのように「組み立てる」かを理解することは、これらの新しい機能を達成するための鍵です」とMasic氏は述べています。
異なる電解質を実験しました
ナノネットワークの新しい理解を備えたチームは、異なる電解質と濃度を実験し、エネルギー貯蔵密度にどのように影響したかを確認しました。第一著者であり、EC³ハブの研究科学者であるダミアン・ステファニウクが強調したように、「EC3の実行可能な候補になる可能性のある幅広い電解質があることがわかりました。これには海水が含まれています。
同時に、チームはミックスに電解質を追加する方法を合理化しました。 EC3電極を硬化させてから電解質に浸すのではなく、電解質を混合水に直接加えました。電解質の浸透はもはや制限ではなかったため、チームはより多くのエネルギーを保存する厚い電極を鋳造することができました。
チームは、有機電解質、特に消毒剤のような日常製品に見られる第四紀アンモニウム塩を組み合わせたものに切り替えたときに、最大のパフォーマンスを達成しました。 EC3のこのバージョンの立方メートル – 冷蔵庫のサイズの約2キロワット時以上のエネルギーを保存できます。これは、実際の冷蔵庫に1日間動力を供給するのに十分です。
バッテリーはより高いエネルギー密度を維持していますが、EC3は原則として、スラブや壁からドームやボールトまで、そして構造自体が長く続く広範囲の建築要素に直接組み込むことができます。
「古代ローマ人は具体的な建設に大きな進歩を遂げました。パンテオンのような大規模な構造は、今日まで補強なしで、材料科学と建築のビジョンを組み合わせる精神を維持すれば、EC3のような多機能コンクリートを備えた新しい建築革命の瀬戸際にいる可能性があります。」
ローマの建築からインスピレーションを得て、チームはミニチュアEC3アーチを構築して、構造形態とエネルギー貯蔵がどのように連携できるかを示しました。 9ボルトで動作するアーチは、LEDライトに電力を供給しながら、独自の重量と追加の負荷をサポートしました。
しかし、アーチ上の負荷が増加したときにユニークなことが起こりました：光がちらつきました。これは、ストレスが電気接触に影響する方法や料金の分布に起因する可能性があります。 「ここには、ある種の自己監視能力があるかもしれません。建築規模のEC3アーチを考えると、強風のようなストレッサーの影響を受けると出力が変動する可能性があります。
「強力で柔軟なツール」
EC³テクノロジーの最新の開発により、現実世界のスケーラビリティに一歩近づきます。すでに慣れています フットパススラブを熱 日本の札幌では、熱導電性特性により、塩漬けの潜在的な代替品を表しています。 「これらのより高いエネルギー密度と、より広いアプリケーションスペース全体にわたって価値が示されているため、幅広い持続的なエネルギーの課題に対処するのに役立つ強力で柔軟なツールがあります」とStefaniukは説明しました。
「私たちの最大の動機の1つは、再生可能エネルギーの移行を可能にすることでした。たとえば、太陽光発電は効率の面で長い道のりを歩んできました。しかし、十分な日光がある場合にのみ電力を生み出すことができます。
Franz-Josef Ulm、EC³ハブの共同監督でありCEE教授は次のように述べています。「答えは、エネルギーを保存して解放する方法が必要だということです。これは通常、希少または有害な材料に依存するバッテリーを意味します。
「EC3は実行可能な代替品であると考えており、建物やインフラストラクチャにエネルギー貯蔵ニーズを満たすことができます。」チームは、電気自動車を充電できる駐車スペースや道路など、グリッドから完全に動作できる家などのアプリケーションに向けて取り組んでいます。
「私たちを最も興奮させるのは、私たちがコンクリートと同じくらい古代の素材を服用し、それがまったく新しいことをすることができることを示したことです」と、コーネル大学のデザインテクノロジーおよび材料科学と工学の准教授であり、元EC³ハブ研究者である論文の共著者であるジェームズ・ウィーバーは言いました。
「現代のナノサイエンスと文明の古代のビルディングブロックを組み合わせることで、私たちは私たちの生活を支援するだけでなく、彼らを動かすインフラストラクチャへの扉を開いています。」
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