これまで、住宅の電力供給源として太陽光パネルは広く知られていましたが、住宅を構成する材料そのものから電力を供給できるとしたらどうでしょうか？マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者たちは、スーパーキャパシタが住宅の電力供給源となる可能性を発見しました。このプロジェクトを率いるフランツ＝ヨーゼフ・ウルム教授は、持続可能で利用しやすいエネルギーソリューションの開発を目指しています。プロジェクトでは、コンクリートや木炭など、広く入手可能な材料の活用に重点を置いています。
近い将来、住宅には木炭を混ぜた革新的なコンクリート柱が設置されるようになるかもしれない。これにより、電気を蓄え、必要に応じて住民が利用できるようになる。MITの研究者たちは、バッテリーのように機能しながらも使用によって劣化しないスーパーキャパシタを開発した。これは一般的な材料で作られており、再生可能エネルギーを安価かつ効率的に貯蔵することを目的としている。
コンクリート製スーパーキャパシタの設計者たちは、この技術のさらに驚くべき応用例を既に構想している。例えば、走行中の電気自動車の充電や、悪天候時にも途切れることのない電力供給の確保などが挙げられる。
プロジェクトリーダーであり、MITの工学教授であるフランツ＝ヨーゼフ・ウルム氏は、「これらはまさに私たちが現在この技術で取り組んでいる最先端分野であり、今回、その拡張性を示すことができました。ここにある2つの材料が組み合わさることで、あらゆる場所のすべての人にとって、潜在的にエネルギー貯蔵ソリューションとなる可能性を秘めています」と述べた。
ワーキング
スーパーキャパシタは、バッテリーとは異なり、電極表面の電解質や塩水などの導電性物質に電気エネルギーを直接蓄える。
この導電性物質は絶縁性物質から分離されており、回路と同様に電子の自由な流れを妨げます。その結果、風船をこすったときに発生する静電気のように、電荷が蓄積されます。
ウルム教授はこう説明する。「ここで化学の驚異が起こります。水を好む親水性のセメントと、水を嫌うカーボンブラック（精製木炭）を混ぜ合わせると、まずカーボンブラックが凝集し、その後、同じ水が水和反応で消費されて固いコンクリートが形成されるのです。」
「この消費の結果、これらの塊は緩み、材料全体に体積的なワイヤーを形成します。この体積的なワイヤーは至る所に存在し、その結果、塩溶液から膨大な量の対電荷をこの体積的なワイヤーに蓄積することができるのです」とウルム教授はさらに付け加えた。
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コンクリートの利点
当然、コンクリートは多孔質で、その孔から塩水を簡単に吸収します。ウルム教授によると、コンクリートの中を走る炭素線によって簡単に塩水が吸収されるそうです。円盤状の電極の間はオレオのようで、積み重ねた形で簡単に互いにくっつけることができます。
コンクリートと木炭は、世界中で広く入手可能な材料です。特にコンクリートは非常に人気があり、大量に消費されており、水に次いで2番目に多く使用されています。コンクリートの汎用性は、粉末状であることでさらに高まり、さまざまな用途に合わせてスーパーキャパシタの設計をカスタマイズすることが可能になります。これは、ウルム教授によって強調されています。
ウルム教授は、一般的なリチウムイオン電池は300回から500回しか充放電できないのに対し、スーパーキャパシタは効率を損なうことなく無数の充放電を繰り返すことができると述べた。これは、スーパーキャパシタがエネルギーをある形態から別の形態に変換する必要がないためである。
「もし誰もが建物の基礎や壁にこうしたスーパーキャパシタを設置し、それがエネルギーシステムに接続されていれば、真の意味でのスマートグリッドが実現するでしょう。つまり、誰もが自分の建物を通してエネルギー転換に貢献することになるのです」とウルム教授は述べた。
その他の潜在的な用途
スーパーキャパシタが住宅に電力を供給する可能性があることを発見した後、ウルム氏と彼のチームは、コンクリート製スーパーキャパシタに、単に家庭用エネルギーを蓄える以上の大きな夢を抱いています。電気自動車を導入する人の数が急増するにつれ、充電インフラと充電間の走行距離の制限に関する懸念がますます顕著になっています。
ウルム教授がスーパーキャパシタの利点を説明する一方で、MITの研究者たちは、ケーブルを使わずにiPhoneを充電するのと同じように、駐車中または走行中に電磁誘導を利用して電気自動車を充電することを目的とした、自己充電式の道路の開発に注力している。
