Люди начали смешивать измельченный известняк с водой для изготовления цемента более 2000 лет назад, и этот материал до сих пор используется в качестве основного ингредиента в бетоне. Бетон является вторым наиболее используемым веществом на земле после воды, а акведук Аквиа Аппиа в Риме, построенный из бетона в 312 году до нашей эры, все еще стоит. С тех пор эта смесь постоянно использовалась и продолжает развиваться; одна интересная недавняя разработка в области бетона была сделана учеными из Массачусетского технологического института. В сентябре 2025 года четыре исследователя из факультета гражданского и экологического строительства университета опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences статью, в которой излагаются преимущества электропроводящего углеродного бетона, или ec3. Это достижение обещает вывести бетон за рамки строительного материала и превратить его в сферу хранения энергии.
Эта технология разрабатывается уже много лет и использует ультрамелкий технический углерод (почти чистый углеродный порошок) с электролитным материалом. Вместе они позволяют ec3 хранить и высвобождать энергию, эффективно превращая любую бетонную конструкцию в батарею. Углеродная сажа — это побочный продукт сгорания нефти, который используется для изготовления шин и придает большинству современных шин черный цвет. Инженеры Массачусетского технологического института опробовали множество электролитических решений и строительных технологий и использовали полученные знания для увеличения плотности энергии электролита.3 в девять раз с 2023 года. В пресс-релизе отмечается, что последняя версия ec3 может упаковать достаточно энергии, чтобы обеспечить энергией средний дом площадью около 5 кубических метров (~ 176 кубических футов); примерно столько уходит на одну стену подвала. Хотя электроснабжение домов и офисных зданий является очевидным применением электроснабжения,3его разработчики представляют мир, в котором почти целые города функционируют как гигантские батареи.
Как бетон становится батареей
Это далеко не единственная удивительная инновация в области хранения энергии; заброшенные шахты также можно использовать для хранения и извлечения энергии. ЕС3 для выполнения своего волшебства зависит от нескольких основных компонентов. Богатый электролитами цемент обеспечивает структурную и функциональную основу, а его формулу можно корректировать в зависимости от применения. Частицы технического углерода образуют микроскопическую сеть вдоль естественных пор бетона, действуя как электрическая проводка внутри затвердевшего бетона. Когда исследователи перешли от добавления электролита к отверждённому ec3 Благодаря включению его в воду для затворения бетона электролит лучше проникал и делал материал еще более прочным. Выбор электролита также влияет на характеристики материала; органические электролиты показали лучшие результаты, особенно эффективна определенная комбинация солей четвертичного аммония и ацетонитрила. Первый обычно встречается в дезинфицирующих спреях, а второй представляет собой растворитель, используемый в производстве всего: от фармацевтических препаратов до батареек.
Как это иногда бывает с подобными вещами, ученые из Массачусетского технологического института обнаружили, что материал работает, не будучи на 100% уверенными в том, как именно. Используя технику сканирования с высоким разрешением, называемую сканирующей электронной микроскопией с фокусированным ионным лучом, они обнаружили, что паутина углерода позволяет току свободно и эффективно перемещаться внутри электрона.3 по сути, он стал суперконденсатором. Эти материалы способны накапливать очень плотную энергию; В 2021 году группа европейских ученых создала 1,6-вольтовую суперконденсаторную батарею размером меньше пылинки. В MIT утверждают, что в кубическом метре электроэнергии можно хранить около 2 киловатт электроэнергии.3 (~35 кубических футов); этого достаточно, чтобы проработать бытовой холодильник примерно сутки. Например, кубический метр — это примерно то же пространство, которое занимает около 40% гидромассажной ванны, 200 шаров для боулинга или 1500 напитков по 20 унций.
Энергия будущего
ЕС3 уже вырвался за пределы академических кругов и стал применяться в реальных приложениях. В Японии секции тротуарных плит с подогревом, изготовленные из EC3 тестируются как потенциальная альтернатива засолке зимой. Но исследователи Массачусетского технологического института надеются, что это лишь верхушка айсберга, и что все, от парковых площадей до мостов, когда-нибудь сможет действовать как массивные батареи. Команда MIT ожидает, что емкостные и проводящие элементы ec3 прослужит столько же, сколько и бетон, что делает его хорошей долгосрочной инвестицией. Помимо того, что он действует как резервуар энергии, ec3 также может быть диагностическим инструментом, предоставляющим данные о состоянии конструкции в режиме реального времени. Это было обнаружено почти случайно, когда исследователи построили самонесущую миниатюрную арку, питающую один светодиод. Когда для проверки целостности арки был приложен дополнительный вес, светодиод начал мерцать, что указывает на то, что фрактальная сеть технического углерода может реагировать на напряжение или повреждение внутри конструкции.
Заглядывая в будущее, исследовательская группа предполагает создать автостоянки, которые будут заряжать электромобили, фундаменты и патио, способные питать автономные дома, а также мосты, которые смогут контролировать свое старение. Ученые Массачусетского технологического института открыто признают, что плотность энергии ec3 намного ниже, чем у литий-ионных батарей, но с учетом того, что ежегодно используется 33 миллиарда тонн бетона, он все равно может произвести революцию в энергоснабжении мира.
