Energiewende: Ruß macht Beton zum Stromspeicher
Superkondensator aus Beton: Ein Team des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat durch eine Beimischung Beton zu einem Stromspeicher gemacht. So könnte das Fundament eines Gebäudes Solarstrom für die Nacht speichern.
Das Material, das aus dem Beton einen Stromspeicher macht, ist Kohlenstoff – in Form von Ruß. Der wird mit Zementpulver und Wasser in eine Betonmischung eingebracht. Beim Aushärten bildet das Wasser ein Netz von Kanälen in dem Beton. In diese Öffnungen setzt sich der Kohlenstoff und bildet so eine Fraktal-ähnliche Struktur, bei der größere Äste kleinere Äste hervorbringen und diese noch kleinere Äste und so weiter. Auf diese Weise entsteht auf relativ kleinem Raum eine sehr große Oberfläche.
Diese Kohlenstoffstrukturen bilden die Elektroden des Kondensators, wobei große Oberflächen jeweils eine große Speicherkapazität ermöglicht. Um den Kondensator komplett zu machen, fehlt noch ein Elektrolyt. Dazu tauchte das Team um Franz-Josef Ulm, Admir Masic und Yang-Shao Horn den Beton in ein handelsübliches Elektrolytmaterial wie Kaliumchlorid, ein Salz, das die Ladungsträger zur Verfügung stellt.
Es muss nicht viel Ruß sein
Beim Aushärten werde das Wasser systematisch durch Hydratationsreaktionen des Zements verbraucht, sagte Masic(öffnet im neuen Fenster) . Die Hydratation wirke sich auf die wasserabweisenden Kohlenstoff-Nanopartikel aus, die sich selbst zu einem leitenden Draht zusammenfügen. Der Anteil an Ruß, der dem Zement beigemengt werden müsse, sei sehr gering: Drei Volumenprozent reichten aus, um solche Kohlenstoffnetzwerke zu erhalten.
Das Team hat zunächst das effektivste Mischungsverhältnis von Zement, Ruß und Wasser ermittelt. Dann hat es kleine Superkondensatoren mit einem Durchmesser von etwa einem Zentimeter und einer Dicke von einem Millimeter hergestellt und diese jeweils mit einem Volt aufgeladen. Mit dreien betrieb es eine 3-Volt-Leuchtdiode.
Anwendungen gibt es nach Angaben der Forscher viele, wobei das Verhältnis von Speicherfähigkeit und Festigkeit des Betons beachtet werden muss: Ein höherer Rußanteil ermöglicht eine höhere Speicherkapazität, was aber auf Kosten der Stabilität geht. Der Speicherbeton könnte als Fundament in Gebäuden oder von Windrädern genutzt werden. Eine andere Möglichkeit sehen die Forscher im Straßenbau: Der Beton könnte Strom von Solaranlagen speichern und dann damit drahtlos Elektroautos laden.
Das System sei skalierbar, sagte Ulm: Einen Millimeter dicke Elektroden seien ebenso möglich wie einen Meter dicke. "Auf diese Weise kann man die Speicherkapazität von der Beleuchtung einer LED für einige Sekunden bis hin zur Stromversorgung eines ganzen Hauses skalieren."
Das Team hat seine Entwicklung in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(öffnet im neuen Fenster) beschrieben. Als Nächstes will es größere Versionen bauen: zunächst im Format einer Autobatterie, dann eine 45 Kubikmeter große Version, um herauszufinden, ob sie einen Haushalt mit Strom versorgen kann.