Красный кирпич веками был излюбленным строительным материалом. Это дешевые, отличные теплоизоляционные материалы, которые придают районам необычный вид. Но это еще не все — представьте себе, что вы подключаете свое мобильное устройство прямо к своему кирпичному дому, чтобы зарядить его. Исследователи из Университета Сент-Луиса показали, что такой сценарий возможен, превратив красный кирпич — и, следовательно, весь ваш дом — в батарейки для хранения энергии.
Хулио Д’Арси, доцент кафедры химии Вашингтонского университета в Сент-Луисе, ранее опубликовал ряд работ, показывающих, что пластмассы могут использоваться для хранения энергии, когда они могут проводить электричество.
Чтобы по существу превратить пластмассы в суперконденсаторы, Д’Арси и его коллеги использовали коррозию железа в химическом синтезе. В своем новом исследовании исследователи работали несколько в обратном направлении. Вместо того чтобы добавлять коррозию железа к пластику, они наносят слой полимеров на красные кирпичи, пигменты которых содержат оксиды железа.
Разработанное исследователями проводящее пластиковое покрытие, известное как PEDOT, состоит из нановолокон, которые просачиваются через внутренние пористые сети кирпичей и служат ионными губками, которые могут как накапливать, так и проводить электричество. Увы, этот процесс также превращает кирпичи в синий вместо красного.
«Мы делаем это, пропуская газы, которые реагируют с красным пигментом. Кирпич, покрытый нашими полимерами, ведет себя как полупроводник, потому что за это поведение отвечает полимерное покрытие. По сути, мы превратили инертный и стабильный строительный материал в полупроводник. Когда вы применяете потенциал к нашему полимеру, он испытывает этот потенциал и сохраняет его (это может быть достигнуто с помощью солнечного элемента, который соединен со стеной, покрытой полимерным покрытием). Соединение двух кирпичей с полимерным покрытием позволяет нам развивать положительный потенциал на одном кирпиче и отрицательный на другом, тем самым создавая двухэлектродную систему, которая может накапливать электричество, когда эти кирпичи сшиты вместе, это похоже на укладку кирпичей на стену, за исключением того, что укладка здесь позволяет пропускать электричество между кирпичами», — пояснил Д’Арси.
Но, хотя это звучит прямолинейно, исследователям пришлось преодолеть ряд трудностей. Чтобы проникнуть в поры кирпича и инициировать химическую реакцию, при которой применяется полимер, требуется специальный расход газов. Исследователи провели не менее 1000 синтезов, прежде чем нашли процесс, который лучше всего подходит для преобразования кирпича в батарейки.
Все это работает как с обычным, так и с переработанным кирпичом. Фактически, исследователи использовали кирпичи со стеллажей, купленные в Home Depot в Миссури, при этом каждый кирпич стоил не более 65 центов.
Значит ли все это, что вы можете превратить свои кирпичные стены в батарею домашнего размера? Действительно, это возможно в будущем. Солнечные панели на крыше могут генерировать энергию днем, в то время как кирпичи будут питать дом ночью. По словам Д’Арси, американский дом среднего размера может накапливать до 300 Втч энергии.
«Наши кирпичи имеют плотность энергии, которая на 2 порядка ниже, чем у литий-ионного аккумулятора. Однако наши кирпичи не загораются, потому что они используют воду в устройстве, а также наше устройство может быть заряжено 10 000 раз!» — объяснил Д’Арси.
Прежде чем кирпичи с полимерным покрытием станут популярными, необходимо решить ряд практических задач. На данный момент исследователи сосредоточены на повышении плотности энергии.
«Мы активно работаем над увеличением количества энергии, которое может быть сохранено в наших кирпичах — когда мы увеличиваем плотность энергии на один порядок, мы хотели бы питать мобильные устройства. Мы считаем, что мы близки к этой цели, потому что текущие результаты, полученные в нашей лаборатории, показывают многообещающие результаты», — заключил Д’Арси.
Результаты были описаны в журнале Nature Communications.
Источник:
