«Το κλειδί για τη βιώσιμη ανάπτυξη του σκυροδέματος είναι η ανάπτυξη πολυλειτουργικού σκυροδέματος που συνδυάζει τις λειτουργίες αποθήκευσης ενέργειας, αυτοθεραπείας και δέσμευσης άνθρακα. Το σκυρόδεμα είναι ήδη το πιο κοινό οικοδομικό υλικό στον κόσμο, οπότε γιατί να μην το εκμεταλλευτείτε για να δημιουργήσετε άλλες ευκαιρίες;» ρωτά ο Admir Masic του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

Οι πρόσφατες ανακαλύψεις στους ηλεκτρολύτες και η ανάπτυξη των διαδικασιών παραγωγής έχουν αυξήσει την ενεργειακή ένταση των τελευταίων υπερπυκνωτών του «ηλεκτρικού σκυροδέματος» κατά μια τάξη μεγέθους. Το 2023, περίπου 45 κυβικά μέτρα τέτοιου οικοδομικού υλικού θα απαιτούνταν για την αποθήκευση ενέργειας επαρκούς για την κάλυψη των καθημερινών αναγκών ενός μέσου σπιτιού. MIT News. Τώρα, με τη βοήθεια ενός βελτιωμένου ηλεκτρολύτη, περίπου 5 κυβικά μέτρα νέου σκυροδέματος θα είναι αρκετά.

Η αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας κατέστη δυνατή με την καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας και αλληλεπίδρασης του δικτύου αιθάλης με τους ηλεκτρολύτες.

Χρησιμοποιώντας εστιασμένες δέσμες ιόντων για τη διαδοχική αφαίρεση λεπτών στρωμάτων υλικού και στη συνέχεια απεικονίζοντας κάθε φέτα με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, η ομάδα μπόρεσε να δημιουργήσει ένα αγώγιμο νανοδίκτυο με την υψηλότερη ανάλυση μέχρι σήμερα. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στην ομάδα να ανακαλύψει ότι το δίκτυο είναι ουσιαστικά ένας φράκταλ «ιστός» που περιβάλλει τους πόρους του σκυροδέματος, επιτρέποντας στον ηλεκτρολύτη να διεισδύσει και να μεταφέρει ρεύμα.

Οπλισμένοι με τη νέα κατανόηση, οι επιστήμονες διεξήγαγαν μια σειρά πειραμάτων με διαφορετικούς ηλεκτρολύτες και τις συγκεντρώσεις τους για να κατανοήσουν πώς επηρεάζουν την πυκνότητα αποθήκευσης ενέργειας. Διαπίστωσαν ότι υπάρχει ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρολυτών που μπορεί να είναι κατάλληλοι υποψήφιοι για «ηλεκτροσκυρόδεμα». Ειδικότερα, ακόμη και θαλασσινό νερό, το οποίο μπορεί να είναι χρήσιμο στην κατασκευή δομών στήριξης για υπεράκτια αιολικά πάρκα.

Στην πορεία, η ομάδα βελτιστοποίησε τον τρόπο με τον οποίο προστέθηκαν ηλεκτρολύτες στο μείγμα. Αντί να βουλκανίσουν τα ηλεκτρόδια και στη συνέχεια να τα εμποτίσουν στον ηλεκτρολύτη, πρόσθεσαν τον ηλεκτρολύτη απευθείας στο νερό ανάμειξης. Δεδομένου ότι η διείσδυση ηλεκτρολυτών δεν ήταν πλέον πρόβλημα, κατέστη δυνατή η χύτευση παχύτερων ηλεκτροδίων που αποθήκευαν περισσότερη ενέργεια.

Οι επιστήμονες πέτυχαν τα καλύτερα αποτελέσματα μεταβαίνοντας σε οργανικούς ηλεκτρολύτες, ειδικά σε αυτούς που συνδύαζαν άλατα τεταρτοταγούς αμμωνίου με ακετονιτρίλιο, ένα διαυγές αγώγιμο υγρό. Ένα κυβικό μέτρο αυτής της έκδοσης "ηλεκτρικού σκυροδέματος" μπορεί να αποθηκεύσει περισσότερες από 2 kWh ενέργειας. Αυτό είναι αρκετό για να κρατήσει ένα ψυγείο σε λειτουργία για μια μέρα.

Αν και οι μπαταρίες διατηρούν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, το "ηλεκτρικό σκυρόδεμα" μπορεί καταρχήν να ενσωματωθεί απευθείας σε μια μεγάλη ποικιλία αρχιτεκτονικών στοιχείων - από πλάκες και τοίχους μέχρι θόλους και θόλους - και θα διαρκέσει όσο και η ίδια η κατασκευή.

Στην Ελβετία, έχει αναπτυχθεί ένας ξυλότυπος εμπνευσμένος από origami που επιτρέπει την κατασκευή ισχυρών θολωτών πλακών χρησιμοποιώντας 60% λιγότερο σκυρόδεμα και 90% λιγότερο χάλυβα. Η ελαφριά, επαναχρησιμοποιήσιμη και εύκολη στη συναρμολόγηση κατασκευή από λωρίδες κόντρα πλακέ και υφασμάτινους μεντεσέδες όχι μόνο μειώνει το κόστος κατασκευής, αλλά μειώνει και τις εκπομπές CO₂.