Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một siêu tụ điện- thiết bị hoạt động giống như pin sạc nhưng thành phần làm ra pin này là xi măng, nước và muội than, một loại bột mịn màu đen chủ yếu được tạo thành từ cac-bon nguyên chất.

Bước đột phá này có thể mở đường cho việc tích trữ năng lượng vào bê tông, tạo ra tiềm năng cho các con đường và tòa nhà để sạc các thiết bị điện.

Theo các nhà nghiên cứu, không giống như pin dựa vào các vật liệu có nguồn cung hạn chế như lithium, công nghệ này có thể được sản xuất với giá rẻ bằng cách sử dụng các vật liệu sẵn có.

Họ mô tả xi măng và muội than là "hai trong số những vật liệu phổ biến nhất của nhân loại".

Giáo sư Admir Masic của MIT cho biết Xi măng, muội than là những vật liệu được sử dụng nhiều  nhất trên thế giới. Nhu cầu về pin lưu trữ năng lượng đang ngày càng lớn, nên việc sử dụng các nguyên liệu phổ biến này giúp chúng ta có thêm cơ hội “tích trữ” năng lượng

Nhóm nghiên cứu bao gồm Masic và các giáo sư MIT Franz-Josef Ulm, Yang-Shao Horn, với các nhà nghiên cứu Nicolas Chanut, Damian Stefaniuk và Yunguang Zhu tại MIT, James Weaver tại Viện Wyss của Harvard.

Nhu cầu rất lớn về lưu trữ năng lượng

Tất cả tin rằng công nghệ này có thể đẩy nhanh quá trình chuyển đổi toàn cầu sang năng lượng tái tạo.

Năng lượng mặt trời, gió và thủy triều đều được sản xuất vào những thời điểm khác nhau, thường không tương ứng với nhu cầu điện cao điểm. Lưu trữ năng lượng quy mô lớn là cần thiết để tận dụng các nguồn này, nhưng đồng thời phải duy trì giá không quá đắt.

Các nhà nghiên cứu của MIT đã tạo ra một bộ siêu tụ điện có kích thước bằng nút bấm

Ulm đánh giá: “Có một nhu cầu rất lớn về lưu trữ năng lượng lớn. Đó là nơi công nghệ của chúng tôi cực kỳ hứa hẹn vì nguyên liệu xi măng xuất hiện khắp nơi”.

Nhóm đã chứng minh ý tưởng này hoạt động bằng cách tạo ra một bộ siêu tụ điện có kích thước bằng nút bấm, tương đương với pin một vôn, được sử dụng để cấp nguồn cho đèn LED.

Hiện họ đang phát triển một phiên bản 45 mét khối để cho thấy công nghệ có thể được nhân rộng.

Các tính toán cho thấy một siêu tụ điện có kích thước này có thể lưu trữ khoảng 10 kilowatt giờ năng lượng, đủ để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện hàng ngày của một hộ gia đình điển hình.

Điều này có nghĩa là một siêu tụ điện có khả năng được tích hợp vào nền bê tông của một ngôi nhà mà không tốn thêm chi phí.

Ulm cho biết: “Bạn có thể đi từ các điện cực dày một milimet đến các điện cực dày một mét, và bằng cách đó, bạn có thể mở rộng khả năng lưu trữ năng lượng từ việc thắp sáng một đèn LED trong vài giây để cung cấp năng lượng cho cả ngôi nhà”.

Các nhà nghiên cứu gợi ý rằng việc nhúng công nghệ này vào một con đường bê tông có thể giúp sạc ôtô điện khi chúng đang di chuyển ngang qua nó,công nghệ tương tự như  được sử dụng trong bộ sạc điện thoại không dây.

Các phiên bản chạy bằng pin của hệ thống này đã được thử nghiệm trên khắp châu Âu.

Sức mạnh từ muội than

Siêu tụ điện hoạt động bằng cách lưu trữ năng lượng điện giữa hai tấm dẫn điện. Chúng có thể cung cấp điện tích nhanh hơn nhiều so với pin nhưng hầu hết không cung cấp nhiều năng lượng lưu trữ.

Lượng năng lượng mà chúng có thể lưu trữ phụ thuộc vào tổng diện tích bề mặt của hai tấm, được ngăn cách bởi một lớp cách nhiệt mỏng.

Phiên bản được phát triển ở đây có diện tích bề mặt bên trong cực cao, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả của nó. Điều này là do thành phần hóa học của vật liệu được hình thành khi muội than được đưa vào hỗn hợp bê tông và để khô.

Masic cho biết: “Điều này thật hấp dẫn. Muội than đang tự lắp ráp thành một dây dẫn được kết nối”.

Theo Masic, lượng muội than cần thiết là rất nhỏ, chỉ khoảng 3%.

Càng được thêm vào, dung lượng lưu trữ của siêu tụ điện càng lớn. Nhưng điều này cũng làm giảm cường độ kết cấu của bê tông, đây có thể là một vấn đề trong các ứng dụng chịu lực.

Nhóm nghiên cứu đề xuất rằng vật liệu composite cũng có thể được sử dụng trong một hệ thống sưởi ấm. Chi tiết đầy đủ về những phát hiện của họ sẽ được công bố trong ấn bản sắp tới của tạp chí khoa học PNAS.

Những nỗ lực khác trong việc tạo ra các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn, chi phí thấp bao gồm "pin cát" của Polar Night Energy, hiện đang phục vụ khoảng 10.000 người ở thị trấn Kankaanpää của Phần Lan.