نشر باحثون من MIT في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ورقة بحثية تعلن فيها تحقيق اختراق في سعة تخزين الطاقة لمواد الخرسانة الكربونية الموصلة للكهرباء. هذه المادة التي تُسمى EC³ تتكون من الأسمنت وجزيئات نانوية من أسود الكربون مع إلكتروليت، مما يُشكّل شبكة موصلة داخل المادة الإنشائية، فتصبح الجدران والطرق والمنشآت قادرة على تخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية.

من خلال تحسين تركيبة الإلكتروليت وعمليات التصنيع، تمكّن الفريق من رفع كثافة تخزين الطاقة في خرسانة EC³ الكربونية بنحو عشرة أضعاف. في عام 2013 كان يلزم 45 متراً مكعباً من المادة لتغطية استهلاك منزل ليوم واحد، أما الآن فلا يلزم سوى حوالي 5 أمتار مكعبة فقط. يقول مدير المشروع Admir Masic: «الخرسانة هي أكثر مواد البناء استخداماً على مستوى العالم، فلماذا لا نستغل هذا الحجم الهائل لخلق وظائف إضافية؟»

استخدم الفريق تقنية FIB-SEM للتصوير المقطعي لأول مرة لتحليل الشبكة الموصلة ذات البنية الكسرية (fractal) داخل خرسانة EC³ الكربونية بدقة نانومترية. هذه الشبكة التي تحيط بمسام المادة تسمح للإلكتروليت بالتغلغل وتشكيل ممرات للتيار الكهربائي. بناءً على هذا الاكتشاف، جرّب الباحثون عدة أنواع من الإلكتروليتات، من بينها محاليل المياه المالحة المناسبة للبيئات البحرية.

يقول المؤلف الأول Damian Stefaniuk: «معظم أنواع الإلكتروليتات تناسب نظام EC³، مما يمنح مرونة كبيرة لتطبيقات مختلفة». من خلال إضافة الإلكتروليت مباشرة إلى ماء الخلط، واستخدام نظام إلكتروليت عضوي من أملاح الأمونيوم الرباعية والأسيتونيتريل، وصلوا إلى قدرة تخزين تتجاوز 2 كيلوواط ساعة لكل متر مكعب، وهي كافية لتشغيل ثلاجة طوال اليوم.

مستوحين من العمارة الرومانية القديمة، بنى الفريق قبواً من خرسانة EC³ الكربونية يحمل وزنه وأحمالاً خارجية ويُضيء مصابيح LED في الوقت نفسه عند جهد 9 فولت. يضيف Masic: «تغيّر شدة الإضاءة تحت الإجهاد قد يعكس حالة الهيكل، مما يفتح آفاقاً جديدة لرصد صحة المباني».

المواد تُستخدم حالياً فعلياً في طرق إذابة الجليد في مدينة سابورو باليابان. يعمل الفريق الآن على تطوير طرق شحن السيارات الكهربائية ومساكن خارج الشبكة، ليدفعوا مواد البناء نحو التعددية الوظيفية.