Pin điện trong ngôi nhà sử dụng hàng ngày ban đầu có giá bán khoảng $ 3000 USD, có công suất 7 kWh, đủ để cung cấp cho khoảng một phần tư nhu cầu điện của một gia đình thông thường trong một ngày.

Các nhà khoa học Mỹ thuộc Viện Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu, Đại học Washington đưa ra giải pháp ‘gạch và vữa’ cho khái niệm pin Powerwall theo đúng nghĩa đen, cho phép lưu trữ điện trong những viên gạch xây nhà bằng giải pháp chuyển đổi bức tường gạch thành siêu tụ điện.

Việc biến những viên gạch của một ngôi nhà thành một siêu tụ điện có thể cung cấp giải pháp hữu hiệu với chi phí thấp để thay thế cho pin lithium ion của Powerwall lưu trữ điện.

Bước nhảy vọt về nhận thức đối với hệ thống lưu trữ điện Powerhouse mới cho những ứng dụng tại chỗ là xác định được, gạch có độ xốp nội và được sản xuất từ silica SiO2, alumin Al2O3 có nhiều trong đất với chi phí thấp, alumin Al2O3 và composite dạng hạt haematit a-Fe2O3.

Tổ hợp thành phần, cấu trúc và hình thái kiến trúc của gạch cho phép monome hữu cơ thâm nhập vào các lỗ rỗng của gạch, tiếp xúc với các bề mặt Fe (III) của haematit sẽ tạo thành lớp màng mỏng polyme dẫn điện phủ đồng đều những lỗ rỗng bên trong tường gạch.

Bản chất của sáng kiến này được tóm tắt trong ảnh minh họa. Thủ thuật ‘brick-trick’ bắt đầu bằng việc cho gạch hấp phụ hơi axit clohydric sau đó là hơi EDOT (3,4-Ethylenedioxythiophene) vào những khoảng trống bên trong của viên gạch. Hai hiệu ứng hóa học biến gạch trở thành dẫn điện được tiến hành thành hai giai đoạn.

Giai đoạn đầu tiên của quá trình bao gồm phản ứng trùng hợp EDOT có xúc tác axit ở 160 ° C để tạo thành màng dẫn điện PDOT với hình thái lớp sợi phủ lên toàn bộ bề mặt lỗ rỗng trong viên gạch.

Giai đoạn thứ hai là phản ứng trùng hợp gốc oxy hóa 3,4-etylenglyhiophene  EDOT thành poly-3,4-ethylenedioxythiophene PDOT bằng oxit sắt-hydroxit, FeOOH. Giai đoạn hai hình thành bằng cách hòa tan một phần các hạt nano haematit a-Fe2O3 trên bề mặt lỗ rống, tiếp tục quy trình phủ sợi.

Mức độ lấp đầy các lỗ rỗng và độ dày của lớp phủ được điều chỉnh bằng độ thẩm thấu hơi EDOT. Quá trình này có thể nhận thấy trực quan sự thay đổi màu tối dần của viên gach, từ nâu cam sang màu xanh đen PEDOT Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) 

Độ dẫn điện cao của PDOT trong và trên viên gạch mang lại các đặc tính và chức năng cần thiết cho một siêu tụ điện cũng như một điện cực với các tiếp điểm điện dễ dàng thực hiện.

 Sụ lắng đọng của lớp phủ PDOT để biến viên gạch trở thành dẫn điện

Những nghiên cứu khoa học cho thấy, hiệu suất cao nhất của thiết bị gạch siêu tụ điện đối xứng bán rắn-sate là hai viên gạch và lớp chất kết dính poly-vinyl alcohol / 1M nằm kẹp giữa.

Siêu tụ điện gạch được bảo vệ chống thấm nước bằng lớp vỏ epoxy bên ngoài.

Siêu tụ điện gạch không thấm nước, độ bền cơ học cao có thể hoạt động ổn định trong phạm vi nhiệt độ -20 đến 60 ° C trong 10.000 chu kỳ sạc-xả với hiệu suất coulomb gần như 100% và khả năng duy trì công suất khoảng 90%.

Siêu tụ điện gạch có mật độ dòng điện 0,5 mA cm^ − 2 với điện dung tương ứng là 1,60 F cm^ − 2 mật độ năng lượng là 222 μWh cm^ − 2. Tụ điện gạch cho điện áp 3,6V với mô-đun ba viên gạch hoạt động trong điều kiện môi trường thông thường.

Hiệu suất của tụ điện cần được tăng lên khoảng 10 để có thể cạnh tranh với pin lithium ion. Các nhà khoa học đã giới thiệu một mẫu siêu tụ điện gạch, cung cấp năng lượng cho đèn LED màu xanh lá cây.

Phát minh này cho thấy, công trình cần được nghiên cứu và phát triển, có thể tạo ra bức tường năng lượng Powerwall, phù hợp với ngôi nhà điện “giá rẻ”, công nghệ lưu điện sáng tạo, chi phí thấp, có thể mở rộng và ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng.