Иллюстрация: pronedra.ru.
Учёные из Харбинского технологического института (Китай) разработали трёхмерно-печатный цементный суперконденсатор, который одновременно выдерживает строительные нагрузки и накапливает электроэнергию. Работа, опубликованная в ACS Nano 1 октября 2026 года и описанная на techxplore.com, впервые реализует «монолитную» архитектуру: электроды и электролит составляют единое цементное тело без металлических вставок.
- Принцип: углерод в бетоне как электрод и электролит одновременно
- Что показали испытания
- Концепция «структурного накопителя»
«Если строительные материалы могут не только поддерживать конструкции, но и накапливать энергию, ощущать своё окружение и даже взаимодействовать с людьми, здания станут чем-то большим, чем пассивными укрытиями», — описывает авторская команда под руководством профессора Чжон.
Принцип: углерод в бетоне как электрод и электролит одновременно
В основе разработки — два принципиальных решения.
Проводящие электроды изготовили из смеси углеродных нанотрубок, технического углерода (сажи) и цемента — без металлических вставок. Получилась электродная смесь, пригодная для 3D-печати.
Второе: электроды напечатаны по гребенчатой (interdigitated) схеме — два взаимопроникающих гребня разных электродов в одной плоской плите. Это решение минимизирует расстояние, которое ионы должны преодолеть между электродами. Прежде, когда электроды располагались один поверх другого, с ростом толщины материала ионный транспорт деградировал. Плоские взаимопроникающие гребни решают эту проблему геометрически.
Третье: роль электролита выполняет сам гидратированный цемент — поровая жидкость, насыщенная ионами, которая образуется при твердении цемента.
Что показали испытания
Прочность: образцы прошли испытания на сжатие — их прочность сопоставима с коммерческим бетоном, применяемым в плитах перекрытий и ступенях. Материал несёт нагрузку без потери электрохимических свойств.
Энергетические характеристики: плотность запасаемой энергии — 22,52 мкВт·ч/см². Параллельно авторы ссылаются на следующее исследование той же группы в PNAS, где оптимизация состава дала примерно десятикратный прирост плотности, а 12 ячеек объединили в модуль 12 В / ~50 Ф.
Демонстрация: три устройства, напечатанных на одной плите и соединённых в сеть, осветили массив светодиодов без внешних источников питания.
Температурная стабильность: суперконденсатор работал стабильно при умеренных нагревах и охлаждениях. Однако при температурах около −18°C производительность начинала снижаться — ограничение, важное для холодных климатических зон.
Концепция «структурного накопителя»
Развиваемая авторами концепция называется «структурным накопителем энергии»: здание не просто потребляет энергию — оно само становится её хранилищем. Энергия от солнечных панелей или других возобновляемых источников хранится не в громоздких аккумуляторах в подвале, а распределённо — в самой бетонной оболочке.
Читайте также: Физики создали материал с управляемым тепловым излучением.
Авторы подчёркивают: данный прототип — «доказательство концепции». Путь к промышленным плитам и колоннам, хранящим энергию для целого дома или офиса, предполагает решение задачи масштабирования, обеспечения долгосрочной электрохимической стабильности в реальных условиях эксплуатации и минимизации влияния строительного процесса на электрические характеристики.