Behandlade tegelstenar används för energilagring

Vi har haft en period där förnybara källor stod för nära tio procent av den globala elproduktionen. Men om världen på allvar ska luta sig mot sol- och vindkraft så måste vi omvandla en nyckfull produktion till en jämn distribution, och då krävs det en storskalig energilagring som inte kostar skjortan. Nu har Washington University i St Louis utvecklat energilagring i vanliga tegelstenar, och forskarna har fått dem att bli superkondensatorer.

Teamet köpte med sig tegel från det lokala byggvaruhuset, och efter att ha studerat nanostrukturen i materialet så fyllde de porerna med ångor. I en ugn hettade de upp stenarna till 160 grader Celsius – och järnoxiden, som ger teglet dess röda färg, var avgörande för att trigga den kemiska reaktionen bakom polymeriseringen. Tegelstenarna kom ut täckta med en blå-svart beläggning och var ledande.

"I det här arbetet har vi utvecklat en beläggning av den ledande polymeren PEDOT, som består av nanofibrer som penetrerar tegelstenens inre porösa nätverk. Polymerbeläggningen förblir fångad i tegelstenen och tjänar där som en jon-svamp som lagrar och leder elektricitet", säger forskaren Julio D'Arcy på universitetets hemsida.

Så förhindras kortslutning

För att hindra att stenarna kortslöt varandra när de staplades så skilde forskarna dem åt med tunna ark av polypropylen, och en lösning baserad på svavelsyra användes som flytande elektrolyt. När två stenar kopplades med koppartrådar till ett AAA-batteri i cirka en minut så laddades teglet nog mycket för att kunna driva en LED-lampa i elva minuter.

Teamet tror att 50 uppkopplade tegelstenar skulle kunna hålla igång belysning motsvarande tre watt i omkring 50 minuter. De förväntar sig att den lösning som man har på bordet i dag skulle kunna laddas 10 000 gånger och ändå bibehålla cirka 90 procent av sin ursprungliga kapacitet. Forskarna ska dock försöka vidareutveckla polymeren så att den kan leverera 100 000 laddningar.

Utöver olika batterikoncept finns ett antal udda lösningar för att lagra energin när produktionen är hög. Skotska Gravitricity vill koppla kraftverk till vikter som hänger i övergivna gruvschakt. Ett annat exempel är amerikanska Energy Vaults automatiserade lyftkran som använder överskottet för att bygga torn av betongblock, och energin återhämtas när blocken rör sig mot marken.

Kan kopplas till solceller

Till skillnad från batterier har superkondensatorer kapaciteten att hastigt ge ifrån sig stora energimängder, och de återladdas snabbt. Svagheten är att energimängden per kilo är mycket lägre. Men att ha ett byggmaterial där det är tämligen billigt att uppföra en större tegelstruktur innebär ändå möjligheter för villaägaren att tillvarata den egna elproduktionen.

"PEDOT-täckta tegelstenar utgör idealiska byggblock som kan ge ström till nödbelysning. Vi tänker oss att det här kan bli en verklighet när du kopplar våra tegelstenar till solceller – och det skulle kunna krävas 50 stenar placerade i närheten av strömkällan. De här 50 stenarna skulle kunna köra nödbelysningen i fem timmar", säger D'Arcy i pressmeddelandet.

En tegelvägg som agerar superkondensator skulle enligt forskaren kunna laddas hundratals eller tusental gånger inom loppet av en timme. University i St. Louis har publicerat sitt arbete i Nature Communications.