レンガで家を建てる理由はたくさんあります。高い圧力や霜にも耐えられるからです。温度変化にも耐え、収縮、膨張、歪みも発生しません。熱吸収性に優れています。耐久性があり、再利用も可能です。そして、Nature Communications誌に掲載された新たな研究によると、レンガはエネルギー貯蔵にも利用できることが分かっています。
レンガの温かみのある茶色がかった赤色は、ヘマタイト（鉄酸化物）に由来します。ヘマタイトは岩石や土壌に多く含まれ、人類は7万3000年前から顔料として利用してきました。興味深いことに、ヘマタイトは最先端のエネルギー貯蔵施設でも使用されています。このことを念頭に、本研究の著者である化学者たちは、レンガを改良することで電気を蓄え、機器の電源として利用できるようにする方法を開発しました。
著者らは地元のホームデポでレンガをいくつか購入し、特定の分子でできたガスでコーティングしました。レンガは多孔質なので、ガスはレンガの隅々まで浸透しました。この分子がレンガ中のヘマタイトと反応すると、重合反応が引き起こされ、電気を蓄え、伝導するPEDOTと呼ばれるポリマーが生成されました。この化学反応がうまくいったのは、レンガをオーブンに入れたところ、赤ではなく青く焼けたためでした。
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化学者たちは太陽電池を用いて、レンガの半分に正電荷を、残りの半分に負電荷を付与し、銅テープで繋ぎ合わせました。これにより、レンガは実質的にバッテリーとなり、スイッチを入れるだけでデバイスに電力を供給できるエネルギーを蓄える準備が整いました。
概念実証として、彼らはいくつかのブロックでこれを試し、小さなLEDライトを点灯させました。ご覧ください。
これらのブロック型バッテリーは約13分で充電でき、寿命は約1万回です。これは非常にエキサイティングなことですが、現時点ではブロック型バッテリーは大量のエネルギーを蓄えることはできません。
セントルイス・ワシントン大学の化学助教授で、この研究に携わり、研究が行われた研究室を運営するジュリオ・ダーシー氏は、50個の蓄電ブロックには3ワットの非常灯を50分間点灯できるだけの電力を蓄えられるが、「その間に光の強度は低下していく」と述べた。3ワットはLEDデスクランプとほぼ同等の電力だ。
「貯蔵できるエネルギー量を増やすにはレンガの数を増やすしかないが、レンガをどんどんコーティングするとコストがかさむので、これは良い戦略ではないことは分かっている」とダーシー氏は語った。
このレンガ型電池は、二酸化炭素検知器など、それほど多くのエネルギーを必要としない小型電子機器の電源としても使用できますが、化学者たちはより大規模な用途を考えています。ダーシー氏によると、もしチームがレンガ型電池の蓄電量を一桁増やすことができれば、リチウム電池の蓄電能力に匹敵するようになるとのことです。最終的には、このレンガ型電池を太陽光発電住宅に組み込んでエネルギーを蓄電できるようにしたいと化学者たちは考えています。これは、嵐など電力供給が脅かされるような事態の際に特に役立つでしょう。
ダーシー氏によると、これらのレンガはPEDOTで作られているため、建築業界で大きな可能性を秘めているという。エネルギー貯蔵に加え、他の研究者たちはレンガを使って水を浄化する方法も開発している。つまり、将来的には、家の壁が電気や飲料水を供給するようになるかもしれないのだ。
これらのレンガが住宅で使えるようになるまでには、まだ長い道のりがあります。しかし、化学者がその性能を向上させることに成功すれば、ダーシー氏は、レンガが広く使われるようになることは想像に難くないと述べています。なぜなら、私たちはレンガを使うことに慣れすぎているからです。私たちはすでに何万年も前からレンガを使ってきました。
「レンガは人間にとって特別なものです。私たちはレンガの中で暮らし、常にレンガと関わっています」と彼は言った。「私たちはレンガをもっと良くしたいのです。」
