Nanotechnologie verandert baksteen in batterij

Bakstenen kunnen elektrische spanning vasthouden met behulp van nanovezels. Daarmee worden onze huizen gigantische batterijen.

Bakstenen kunnen elektrische spanning vasthouden met behulp van nanovezels. Daarmee worden onze huizen gigantische batterijen.

Shutterstock

Amerikaanse onderzoekers van Washington University in St. Louis hebben een baksteen gemaakt die precies op een gewone rode baksteen lijkt, maar ook als batterij kan fungeren.

De poriën van de baksteen zijn gevuld met nanovezels van een bepaalde kunststofpolymeer, die elektrische spanning kan vasthouden.

Als onze gebouwen kunnen worden omgezet in grote batterijen, is daarmee een van de grote problemen van de overstap op groene energie verholpen: de opslag van die energie. Stel je voor dat zonnecellen op je dak elektriciteit opwekken die de bakstenen van je huis vasthouden tot je stroom nodig hebt.

Baksteen creëert spanning als een ballon

Technisch gezien is de futuristische baksteen geen batterij, maar een supercondensator.

Een condensator bestaat uit twee stroomgeleidende platen die zijn gescheiden door een laag van een ander materiaal, waar de spanning niet doorheen kan bewegen. Als je een condensator oplaadt, werkt dat hetzelfde als wanneer je een ballon tegen je trui wrijft. Zo geef je ze een negatieve respectievelijk positieve lading, waardoor ze elkaar aantrekken.

Op dezelfde manier ontstaat er een negatieve lading in de ene plaat van de condensator en een positieve in de andere, wat een elektrisch veld genereert dat de tussenlaag polariseert. Het spanningsverschil blijft in de laag tot de energie vrijkomt als elektriciteit in een extern circuit.

Enorm oppervlak verandert baksteen in supercondensator

De capaciteit van een condensator stijgt naarmate de platen groter worden of de afstand ertussen kleiner wordt.

De platen zijn daarom bedekt met poreuze nanomaterialen, wat ze een veel groter oppervlak geeft. Verder zijn de platen niet gescheiden door een dikke laag, maar gedoopt in een elektrolytische vloeistof en gescheiden door een dunne kunststoffilm.

Zo wordt dezelfde structuur bereikt als in een gewone condensator, maar met een groter oppervlak en minder afstand tussen de platen.

Een supercondensator gemaakt van baksteen laat een ledlamp branden. De poriën van de baksteen zijn gevuld met nanovezels van een stroomgeleidende kunststof.

© D’Arcy Research Laboratory

De nieuwe elektrische baksteen werkt als de platen in een supercondensator. Eerst wordt de baksteen ‘gestoomd’ met de stroomgeleidende kunststofpolymeer PEDOT, die bedekt is met nanovezels. Dan wordt hij in tweeën gedeeld en in een elektrolytische gel gedoopt. Door de twee stukken weer te verenigen, ontstaat er een supercondensator.

Tot dusver zijn de bakstenen echter weinig efficiënt. Het eerste prototype heeft een energiedichtheid van slechts 1 procent van een gewone lithiumionbatterij. Juist die energiedichtheid is de achilleshiel van de supercondensatortechnologie – de dichtheid in batterijen ligt vaak 10 tot 50 keer zo hoog.

Wel zijn supercondensators licht en extreem snel oplaadbaar, en je kunt ze bijna oneindig vaak blijven opladen en gebruiken.

Volgens de onderzoekers kan de energiedichtheid met enkele aanpassingen tien keer zo hoog worden. Als ze daarin slagen, kan de supercondensator een gangbaar alternatief voor batterijen worden.

ACHTERGROND: De overstap op groen hangt af van batterijen