Weltneuheit Konzept für wiederaufladbare Batterien auf Zementbasis

Stellen Sie sich ein ganzes zwanzigstöckiges Betongebäude vor, das wie eine riesige Batterie Energie speichern kann. Dank einzigartiger Forschungsergebnisse der Chalmers University of Technology, Schweden, könnte eine solche Vision eines Tages Wirklichkeit werden. Forscher der Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen haben kürzlich einen Artikel veröffentlicht, in dem sie ein neues Konzept für wiederaufladbare Batterien skizzieren – aus Zement. Bildnachweis: Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology

Stellen Sie sich ein ganzes 20-stöckiges Betongebäude vor, das wie eine riesige Batterie Energie speichern kann. Dank einzigartiger Forschungsergebnisse der Chalmers University of Technology, Schweden, könnte diese Vision eines Tages Wirklichkeit werden. Forscher der Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen haben kürzlich einen Artikel veröffentlicht, in dem sie ein neues Konzept für wiederaufladbare Batterien aus Zement skizzieren.

Der stetig wachsende Bedarf an nachhaltigen Baustoffen stellt Forscher vor große Herausforderungen. Dr. Emma Zhang, ehemals von der Chalmers University of Technology, Schweden, schloss sich vor einigen Jahren der Forschungsgruppe von Professor Luping Tang an, um nach den Baumaterialien der Zukunft zu suchen. Gemeinsam haben sie nun ein weltweit erstes Konzept für eine wiederaufladbare Batterie auf Zementbasis entwickelt.

Das Konzept sieht eine zementbasierte Mischung vor, der kleine Mengen kurzer Kohlefasern zugesetzt werden, um die Leitfähigkeit und Biegezähigkeit zu erhöhen. Eingebettet in die Mischung ist ein metallbeschichtetes Kohlefasernetz – Ron für die Anode und Nickel für die Kathode. Nach vielen Experimenten ist dies der Prototyp, den die Forscher jetzt präsentieren.

„Die Ergebnisse früherer Studien zur Untersuchung der Betonbatterietechnologie zeigten eine sehr geringe Leistung, daher wurde uns klar, dass wir über den Tellerrand hinausschauen mussten, um eine andere Möglichkeit zur Herstellung der Elektrode zu entwickeln wurde noch nie zuvor erforscht. Jetzt haben wir einen Machbarkeitsnachweis im Labormaßstab”, erklärt Emma Zhang.

Die Forschung von Luping Tang und Emma Zhang hat eine wiederaufladbare Batterie auf Zementbasis mit einer durchschnittlichen Energiedichte von 7 Wattstunden pro Quadratmeter (oder 0,8 Wattstunden pro Liter) hervorgebracht. Die Energiedichte wird verwendet, um die Kapazität der Batterie auszudrücken, und eine bescheidene Schätzung besagt, dass die Leistung der neuen Chalmers-Batterie mehr als zehnmal so hoch sein könnte wie bei früheren Versuchen mit Betonbatterien. Die Energiedichte ist im Vergleich zu kommerziellen Batterien noch gering, aber diese Einschränkung könnte dank des enormen Volumens, in dem die Batterie für den Einsatz in Gebäuden gebaut werden könnte, überwunden werden.

Ein potenzieller Schlüssel zur Lösung von Energiespeicherproblemen

Die Tatsache, dass die Batterie wiederaufladbar ist, ist ihre wichtigste Eigenschaft, und die Anwendungen, die sich bei einer Weiterentwicklung des Konzepts ergeben könnten, wären bahnbrechend. Energiespeicherung ist eine naheliegende Möglichkeit, Überwachung eine andere. Die Forscher sehen Anwendungen, die von der Stromversorgung von LEDs über die Bereitstellung von 4G-Verbindungen in abgelegenen Gebieten bis hin zum kathodischen Korrosionsschutz in der Betoninfrastruktur reichen könnten.

Weltneuheit Konzept für wiederaufladbare Batterien auf Zementbasis
Ein Prototyp der von den Forschern entwickelten Batterie. Bildnachweis: Chalmers University of Technology

„Es könnte zum Beispiel auch mit Solarzellen gekoppelt werden, um Strom zu liefern und die Energiequelle für Überwachungssysteme in Autobahnen oder Brücken zu werden, wo Sensoren, die von einer Betonbatterie betrieben werden, Risse oder Korrosion erkennen könnten“, schlägt Emma Zhang vor.

Das Konzept, Strukturen und Gebäude auf diese Weise zu nutzen, würde eine alternative Lösung für die Energiekrise bieten, indem ein großes Volumen an Energiespeichern bereitgestellt wird.

Beton, der durch Mischen von Zement mit anderen Zutaten entsteht, ist das weltweit am häufigsten verwendete Baumaterial. Aus Nachhaltigkeitssicht ist es alles andere als ideal, aber das Potenzial, Energiefunktionen hinzuzufügen, könnte eine neue Dimension bieten. Emma Zhang sagt: „Wir haben die Vision, dass diese Technologie in Zukunft ganze Abschnitte mehrstöckiger Gebäude aus funktionalem Beton ermöglichen könnte. Wenn man bedenkt, dass jede Betonoberfläche eine Schicht dieser Elektrode eingebettet haben könnte, sprechen wir von enorm Volumen von funktionalem Beton.“

Herausforderungen bleiben bei Lebensdaueraspekten

Die Idee steckt noch in einem sehr frühen Stadium. Zu den noch zu lösenden technischen Fragen vor der Kommerzialisierung der Technik gehören die Verlängerung der Lebensdauer der Batterie und die Entwicklung von Recyclingtechniken. „Da Betoninfrastruktur in der Regel für eine Lebensdauer von 50 oder sogar 100 Jahren gebaut wird, müssten die Batterien entsprechend veredelt oder nach Ablauf ihrer Lebensdauer einfacher ausgetauscht und recycelt werden können. Dies stellt derzeit eine große Herausforderung dar aus technischer Sicht”, sagt Emma Zhang.

„Wir sind davon überzeugt, dass dieses Konzept einen großen Beitrag dazu leistet, dass zukünftige Baumaterialien zusätzliche Funktionen wie erneuerbare Energiequellen haben können“, schließt Luping Tang.


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