Les ingénieurs du MIT combinent le ciment et le noir de carbone pour développer une alternative aux batteries

Jul 21, 2023

Des ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont développé un nouveau système de stockage d'énergie à faible coût, fabriqué à partir de deux des matériaux historiques les plus omniprésents de l'humanité : le ciment et le noir de carbone (qui ressemble à du charbon de bois très fin).

Les deux matériaux, ont découvert les chercheurs, peuvent être combinés avec de l’eau pour fabriquer un supercondensateur – une alternative aux batteries – qui pourrait permettre le stockage de l’énergie électrique.

La technologie pourrait faciliter l’utilisation de sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire, éolienne et marémotrice en permettant aux réseaux énergétiques de rester stables malgré les fluctuations de l’approvisionnement en énergies renouvelables.

Les chercheurs ont déclaré que le supercondensateur pourrait éventuellement être intégré aux fondations en béton d'une maison, où il pourrait stocker l'équivalent d'une journée complète d'énergie tout en ajoutant peu (ou pas) au coût de la fondation tout en fournissant la résistance structurelle nécessaire.

Ils envisagent également une route en béton qui pourrait permettre une recharge sans contact pour les voitures électriques lorsqu'elles empruntent cette route.

"Ce matériau est fascinant", a déclaré Admir Masic, professeur au MIT, "car vous disposez du matériau artificiel le plus utilisé au monde, le ciment, combiné avec du noir de carbone, un matériau historique bien connu - le Les manuscrits de la mer Morte ont été écrits avec !

Vous disposez de matériaux vieux d’au moins deux millénaires qui, lorsque vous les combinez d’une manière spécifique, vous obtenez un nanocomposite conducteur, et c’est là que les choses deviennent vraiment intéressantes.

Au fur et à mesure que le mélange prend et durcit, a-t-il expliqué : « L’eau est systématiquement consommée par les réactions d’hydratation du ciment, et cette hydratation affecte fondamentalement les nanoparticules de carbone car elles sont hydrophobes (repoussant l’eau). »

Et à mesure que le mélange évolue, « le noir de carbone s’auto-assemble en un fil conducteur connecté », a ajouté Masic.

Le processus est facilement reproductible, avec des matériaux peu coûteux et facilement disponibles partout dans le monde. Et la quantité de carbone nécessaire est très faible – seulement 3 % en volume du mélange – pour réaliser un réseau de carbone percolé, a déclaré Masic.

Cette technologie simple mais innovante est décrite dans un article à paraître dans la revue PNAS.

Les supercondensateurs fabriqués à partir de ce matériau ont un grand potentiel pour contribuer à la transition mondiale vers les énergies renouvelables, a déclaré Franz-Josef Ulm, professeur au MIT.

Les principales sources d’énergie sans émissions, l’énergie éolienne, solaire et marémotrice, produisent toutes leur production à des moments variables qui ne correspondent souvent pas aux pics de consommation d’électricité. Les moyens de stocker cette énergie sont donc essentiels.

"Il existe un énorme besoin de stockage d'énergie de grande envergure", a ajouté Ulm, "et les batteries existantes sont trop chères et reposent principalement sur des matériaux tels que le lithium, dont l'approvisionnement est limité, des alternatives moins chères sont donc absolument nécessaires.

«C'est là que notre technologie est extrêmement prometteuse, car le ciment est omniprésent», conclut Ulm.

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