MIT’de Geliştirilen “Beton Pil” Artık 10 Kat Daha Fazla Enerji Depoluyor

Beton yüzyıllardır dünyamızı inşa ediyor; artık enerji depolayarak güç kaynağına dönüşme yolunda da ilerliyor. Çimento, su, nano boyutta ultra ince karbon siyahı ve elektrolitlerin birleşimiyle üretilen elektron iletken karbon beton (ec³), beton içinde iletken bir “nano-ağ” oluşturuyor. Böylece duvarlar, kaldırımlar ve köprüler gibi yapılar gelecekte devasa “piller” haline gelebilecek.

MIT araştırmacılarının PNAS dergisinde yayımladığı çalışmaya göre, optimize edilmiş elektrolitler ve üretim yöntemleri sayesinde ec³ süperkapasitörlerinin enerji depolama kapasitesi on kat artırıldı. 2023’te ortalama bir evin günlük enerji ihtiyacını karşılamak için 45 metreküp ec³ gerekirken, yeni elektrolit ile aynı görev yalnızca 5 metreküple, yani tipik bir bodrum duvarı hacmiyle sağlanabiliyor. MIT Electron-Conducting Carbon-Cement-Based Materials Hub (EC³ Hub) eş direktörü ve İnşaat ve Çevre Mühendisliği doçenti Admir Masic, çalışmayı şöyle değerlendirdi: “Betonun sürdürülebilirliği için kilit nokta, enerji depolama, kendi kendini iyileştirme ve karbon yakalama gibi işlevlerin entegre edildiği ‘çok işlevli beton’un geliştirilmesidir. Beton zaten dünyanın en çok kullanılan inşaat malzemesi, o halde neden bu ölçekten başka faydalar elde etmeyelim?”

Enerji yoğunluğundaki artış, ec³ içindeki nanokarbon siyahı ağının elektrolitlerle nasıl etkileştiğinin anlaşılması sayesinde sağlandı. Ekip, odaklanmış iyon demetleriyle ec3 malzemesinden ince tabakalar sıyırarak ve her dilimi taramalı elektron mikroskobu ile görüntüleyerek (FIB-SEM tomografisi) nano-ağı en yüksek çözünürlükte yeniden inşa etti. Araştırmacılar, ağın ec³ gözeneklerini çevreleyen fraktal benzeri bir “örümcek ağı” şeklinde olduğunu ve bunun elektrolitin gözeneklere sızmasını, akımın ise tüm sistemde dolaşmasını sağladığını ortaya koydu. Masic, “Bu malzemelerin nanoskopik ölçekte kendilerini nasıl ‘bir araya getirdiğini’ anlamak, yeni işlevler elde etmenin anahtarıdır.” dedi.

Ekip, farklı elektrolitleri ve konsantrasyonlarını test etti. Damian Stefaniuk, “ec³ için kullanılabilecek geniş bir elektrolit yelpazesi olduğunu gördük. Buna deniz suyu bile dahil, bu da malzemeyi kıyı ve deniz uygulamaları için, örneğin açık deniz rüzgar çiftliklerinde destek yapıları olarak uygun hale getirebilir” ifadelerini kullandı. Ayrıca elektrolit ekleme yöntemi de değiştirildi. Önceden elektrotlar kürlenip elektrolit içinde bekletilirken, artık elektrolit doğrudan karışım suyuna ekleniyor. Böylece daha kalın elektrotlar dökülerek daha fazla enerji depolanabiliyor. En yüksek performans ise kuaterner amonyum tuzları ve asetonitrilin birleşiminden oluşan organik elektrolitlerle elde edildi. Bir metreküp ec³, aklaşık bir buzdolabı büyüklüğünde, 2 kilovat-saatten fazla enerji depolayabiliyor; bu da bir buzdolabını bir gün boyunca çalıştırmaya yetiyor.

Ec³, bateriler kadar yüksek enerji yoğunluğuna sahip olmasa da doğrudan yapılara entegre edilebiliyor ve yapı ömrü boyunca dayanabiliyor. Masic, “Antik Romalılar beton yapımında büyük ilerlemeler kaydetti. Pantheon gibi dev yapılar günümüzde hâlâ ayakta. Malzeme bilimi ile mimari vizyonu birleştirmeye devam edersek, ec³ gibi çok işlevli betonlarla yeni bir mimari devrimin eşiğinde olabiliriz.” dedi. Ekip, Roma mimarisinden esinlenerek küçük bir ec3 kemer inşa etti. 9 voltla çalışan kemer hem yükünü taşıdı hem de bir LED lambayı aydınlattı. Yük arttığında lambanın titremesi, stresin elektriksel temasları etkilemesinden kaynaklanmış olabilir. Masic, “Burada bir tür kendi kendini izleme kapasitesi olabilir. Mimari ölçekte bir ec³ kemer düşünürsek, çıktısı yüksek rüzgâr gibi bir stres etkeniyle değişebilir. Böylece bir yapının ne zaman ve ne kadar zorlandığını, hatta yapısal sağlığını gerçek zamanlı izleyebiliriz.” ifadelerini kullandı.

Ec3 teknolojisi, gerçek dünyadaki ölçeklenebilirliğe her geçen gün yaklaşıyor. Malzeme, Japonya’nın Sapporo kentinde kaldırımları ısıtmak için kullanıldı ve tuzlamaya alternatif olabilecek termal iletkenlik sundu. Stefaniuk, “Daha yüksek enerji yoğunluğu ve farklı uygulama alanlarında gösterilen değerle, artık enerji sorunlarına yönelik güçlü ve esnek bir araca sahibiz. Yenilenebilir enerji geçişini desteklemek en büyük motivasyonlarımızdan biriydi. Güneş enerjisi büyük ilerleme kaydetti, ancak yalnızca güneş ışığı varken enerji üretebiliyor. Peki gece veya bulutlu günlerde enerji ihtiyacı nasıl karşılanacak?” dedi.

EC³ Hub eş direktörü ve MIT profesörü Franz-Josef Ulm, “Yanıt, enerjiyi depolayacak ve serbest bırakacak bir yola sahip olmaktır. Bu genellikle nadir veya zararlı malzemelere dayanan pillerle sağlanıyor. Biz ec³’ün binalarımızın ve altyapımızın enerji depolama ihtiyacını karşılayabilecek uygun bir alternatif olduğuna inanıyoruz” ifadelerini kullandı. Araştırma ekibi, otoparklar ve yolların elektrikli araçları şarj edebileceği, evlerin ise tamamen şebekeden bağımsız çalışabileceği uygulamalar üzerinde çalışıyor. Cornell Üniversitesi’nden James Weaver ise şu sözlerle süreci değerlendirdi: “Bizi en çok heyecanlandıran şey, beton gibi kadim bir malzemeyi alıp ona tamamen yeni bir işlev kazandırmış olmamız. Modern nanobilim ile uygarlığın en eski yapı taşlarından birini birleştirerek yalnızca hayatlarımızı destekleyen değil, aynı zamanda onlara güç sağlayan bir altyapının kapısını aralıyoruz.”

‍

‍

‍

‍

Kaynak:https://news.mit.edu/2025/concrete-battery-now-packs-ten-times-power-1001