In de zoektocht naar duurzaam, toekomstbestendig bouwmateriaal hebben onderzoekers Luping Tang en Emma Zhang aan de Chalmers Universiteit in het Zweedse Gothenburg een doorbraak geboekt: ze ontwikkelden het prototype voor een oplaadbare, op cement-gebaseerde batterij.
Stel je voor: een tientallen meters hoog flatgebouw dat in zijn geheel energie opslaat als een enorme accu. Het is nu nog toekomstmuziek. Toch hebben de onderzoekers goede hoop dat hun ontdekking op termijn tot zulke innovaties leidt.
Het testontwerp bestaat voornamelijk uit een mengsel op cementbasis waar koolstofvezels aan zijn toegevoegd. Dit maakt dat het materiaal beter geleid en de buigsterkte groter is. Vervolgens hebben de onderzoekers in dit mengsel een gaas van koolstofvezel met een metalen coating ingebed, met ijzer voor de anode en nikkel voor de kathode.
Het onderzoek van Tang en Zhang resulteerde in een oplaadbare batterij op cementbasis met een gemiddelde energiedichtheid van 7 wattuur per vierkante meter. Energiedichtheid wordt gebruikt om de capaciteit van de batterij uit te drukken. Naar schatting is de prestatie van de nieuwe Chalmers-batterij ruim tien keer groter dan eerdere pogingen om batterijen op cement te maken. De energiedichtheid is nog steeds laag vergeleken met commerciële batterijen, maar, zegt Tang: dankzij het gigantische volume van beton, bijvoorbeeld in een flatgebouw, kan de techniek toch een forse hoeveelheid energie opleveren.
Oplaadbaar
De belangrijkste eigenschap van de cementbatterij is dat deze oplaadbaar is. Als het prototype verder is ontwikkeld en op de markt is gebracht, geeft dit uiteindelijk een scala aan gebruiksmogelijkheden. Energieopslag is een voor de hand liggende optie. Een ander is, bijvoorbeeld, het gebruik van de cementbatterij bij een monitorsysteem.
Zhang: “De batterij kan worden aangesloten op zonnepanelen en zo de energiebron worden voor bijvoorbeeld monitors op snelwegen en bruggen, waar sensoren scheuren of corrosie detecteren.”
De onderzoekers denken ook aan toepassingen als het leveren van een 4G-verbinding in afgelegen gebieden, of het voeden van LED-verlichting. Het beton maakt dat de batterij goed bestand is tegen weer en wind.
Met hun uitvinding hopen de onderzoekers hun bescheiden bijdrage te leveren aan de oplossing voor de energiecrisis. De batterij biedt immers een groot volume aan energieopslag.
En beton is ’s werelds meest gebruikte bouwmateriaal.
Is een betonbatterij wel duurzaam?
Vanuit duurzaamheidsoogpunt is beton, zoals bekend, verre van ideaal. De productie van cement gaat gepaard met een grote CO2-uitstoot. Maar, merkt Tang op: “We kunnen niet zonder beton, het materiaal links laten liggen is momenteel geen optie. Het beste dat we nu dus kunnen doen is beton op een nieuwe manier toepassen. We kunnen het bouwmateriaal functioneel maken.”
Het concept bevindt zich nog in een pril stadium. Technische knelpunten waar nog een antwoord op moet worden gevonden, zijn bijvoorbeeld het verlengen van de levensduur van de batterij en de ontwikkeling van recyclingtechnieken.
“Gezien betonnen structuren meestal worden gebouwd om vijftig of honderd jaar mee te gaan, moeten de batterijen zo worden verfijnd dat hun levensduur even lang is. Een alternatief is een manier vinden om de batterijen te kunnen vervangen en recyclen als ze op zijn. Vooralsnog is dit technisch gezien een grote uitdaging”, aldus Zhang.
Maar de onderzoekers zijn vooralsnog hoopvol.
Tang: “Toekomstige bouwmaterialen zullen, mede met deze techniek, in de toekomst extra functies hebben, zoals die van een batterij of een hernieuwbare energiebron.”
Lees ook: Hergebruik van batterijen uit oude elektrische auto’s is duurzaam, maar wie geeft er garantie op?