Три бетонных блока зажгли светодиоды: в цемент встроили суперконденсатор
Разработку создали исследователи Харбинского политехнического университета и Китайской академии наук.
Их напечатанная на 3D-принтере цементная плита — цементный суперконденсатор, который одновременно выдерживает нагрузку и накапливает энергию: три соединённых последовательно блока смогли запитать цепочку светодиодов.
Для электродов учёные смешали цемент с углеродной сажей и нанотрубками, получив проводящую пасту. Её напечатали на плите в виде двух гребёнок, вложенных друг в друга, но не соприкасающихся. Между электродами остаётся цемент, в котором при твердении формируются микроскопические поры. По ним перемещаются ионы, возникает заряд.
В такой конструкции электроды расположены рядом, поэтому ионам нужно преодолевать меньшее расстояние, чем в классической слоёной схеме. Сочетание печатных углерод-цементных электродов и встречно-пальцевой геометрии помогло избежать отслоения. Описание работы опубликовано в журнале ACS Nano в 2026 году, DOI: 10.1021/acsnano.6c09927.
Ёмкость и прочность цементного суперконденсатора
Лабораторный прототип показал ёмкость 162,14 миллифарада на квадратный сантиметр и плотность энергии 22,52 микроватт-часа на квадратный сантиметр. Прочность на сжатие составила 23 мегапаскаля. Это сопоставимо с показателями коммерческого бетона для плит перекрытий и лестничных маршей.
В 2023 году команда Массачусетского технологического института представила в журнале PNAS суперконденсатор из цемента, воды и сажи. К 2025 году исследователи увеличили плотность энергии в десять раз и создали 12-вольтовый модуль ёмкостью около 50 фарад. Он питал компьютерный кулер и портативную игровую консоль.
Другие исследовательские группы изучали 3D-печать и цементные электролиты с добавлением полимеров. Авторы новой работы объединили печатные электроды особой геометрии с цельной цементной структурой. Показатели материала пока получены в лаборатории; по плотности энергии он уступает литий-ионным аккумуляторам. При этом материал может хранить заряд, оставаясь частью конструкции, и выдерживать сотни тысяч циклов зарядки и разрядки.
До применения в зданиях нужно решить вопросы масштабирования, проводки, долговечности, защиты от влаги и себестоимости. На морозе до −18 °C характеристики суперконденсатора резко ухудшались: вода в порах замерзала и мешала движению ионов. Среди первых возможных применений авторы называют аварийное освещение и встроенные датчики; в перспективе они рассматривают стены, которые накапливают солнечную энергию.
Соавтор работы Цзин Чжун описал замысел так: «Если стройматериалы смогут не только поддерживать конструкцию, но и хранить энергию, чувствовать окружение и взаимодействовать с людьми, то здания перестанут быть пассивными убежищами. Они станут по-настоящему умной средой».
