Batterie ricaricabili al cemento

La crescente necessità di materiali da costruzione sostenibili pone grandi sfide ai ricercatori. La dottoressa Emma Zhang, ex Chalmers University of Technology, Svezia, si è unita al gruppo di ricerca del professor Luping Tang diversi anni fa per cercare i materiali da costruzione del futuro. Insieme sono riusciti a sviluppare un concetto di batteria ricaricabile a base di cemento, primo al mondo.

Il concetto prevede innanzitutto una miscela a base di cemento, con l’aggiunta di piccole quantità di fibre di carbonio di lunghezza ridotta per aumentare la conduttività e la resistenza alla flessione. Poi, all’interno della miscela, viene inserita una rete di fibre di carbonio rivestita di metallo: ferro per l’anodo e nichel per il catodo. Dopo molte sperimentazioni, questo è il prototipo che i ricercatori presentano ora.

I risultati di studi precedenti sulla tecnologia delle batterie al calcestruzzo hanno mostrato prestazioni molto basse, quindi ci siamo resi conto che dovevamo pensare fuori dagli schemi, per trovare un altro modo di produrre l’elettrodo. Questa particolare idea che abbiamo sviluppato, che è anche ricaricabile, non era mai stata esplorata prima. Ora abbiamo una prova di concetto su scala di laboratorio”, spiega Emma Zhang.

La ricerca di Luping Tang ed Emma Zhang ha prodotto una batteria ricaricabile a base di cemento con una densità energetica media di 7 wattora per metro quadro (o 0,8 wattora per litro). La densità di energia viene utilizzata per esprimere la capacità della batteria e, secondo una stima modesta, le prestazioni della nuova batteria Chalmers potrebbero essere più di dieci volte superiori a quelle ottenute con i precedenti esperimenti sulle batterie al cemento. La densità energetica è ancora bassa rispetto alle batterie commerciali, ma questa limitazione potrebbe essere superata grazie all’enorme volume con cui la batteria potrebbe essere costruita se utilizzata negli edifici.

Una potenziale chiave per risolvere i problemi di stoccaggio dell’energia

Il fatto che la batteria sia ricaricabile è la sua qualità più importante e le possibilità di utilizzo, se il concetto viene ulteriormente sviluppato e commercializzato, sono quasi sbalorditive: l’accumulo di energia è una possibilità ovvia, il monitoraggio è un’altra. I ricercatori vedono applicazioni che potrebbero andare dall’alimentazione dei LED, alla fornitura di connessioni 4G in aree remote, alla protezione catodica contro la corrosione delle infrastrutture in calcestruzzo.

Potrebbe anche essere accoppiata a pannelli di celle solari, ad esempio, per fornire elettricità e diventare la fonte di energia per i sistemi di monitoraggio delle autostrade o dei ponti, dove i sensori azionati da una batteria per calcestruzzo potrebbero rilevare crepe o corrosione”, suggerisce Emma Zhang.

L’idea di utilizzare strutture ed edifici in questo modo potrebbe essere rivoluzionaria, perché offrirebbe una soluzione alternativa alla crisi energetica, fornendo un grande volume di accumulo di energia. Il calcestruzzo, che si forma mescolando il cemento con altri ingredienti, è il materiale da costruzione più usato al mondo. Dal punto di vista della sostenibilità, è tutt’altro che ideale, ma la possibilità di aggiungervi funzionalità potrebbe offrire una nuova prospettiva. Emma Zhang commenta:

Pensiamo che in futuro questa tecnologia potrebbe consentire di realizzare intere sezioni di edifici multipiano in calcestruzzo funzionale. Considerando che qualsiasi superficie di calcestruzzo potrebbe avere uno strato di questo elettrodo incorporato, stiamo parlando di enormi volumi di calcestruzzo funzionale”.

Restano le sfide legate agli aspetti della durata di vita

L’idea è ancora in una fase iniziale. Le questioni tecniche che restano da risolvere prima che la commercializzazione della tecnica diventi realtà includono l’estensione della vita utile della batteria e lo sviluppo di tecniche di riciclaggio.

Poiché le infrastrutture in cemento armato sono solitamente costruite per durare cinquanta o addirittura cento anni, le batterie dovrebbero essere perfezionate per essere all’altezza, o per essere più facilmente sostituibili e riciclabili una volta terminata la loro vita utile. Per ora, questa è una sfida importante dal punto di vista tecnico”, spiega Emma Zhang.

Ma i ricercatori sono fiduciosi che la loro innovazione abbia molto da offrire.

Siamo convinti che questo concetto possa dare un grande contributo per consentire ai futuri materiali da costruzione di avere funzioni aggiuntive, come le fonti di energia rinnovabile”, conclude Luping Tang.

Leggete l’articolo scientifico sulla rivista scientifica Buildings: https://doi.org/10.3390/buildings11030103. Il progetto di ricerca è stato finanziato dall’Agenzia svedese per l’energia (Energimyndigheten).

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