中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：據(jù)美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)站10月7日?qǐng)?bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員將一種新型“混凝土電池”的性能提升了10倍，為將建筑物、橋梁和人行道變成大型儲(chǔ)能裝置、給整個(gè)城市供電鋪平了道路。
這種材料被稱為“導(dǎo)電碳混凝土”，是通過(guò)將水泥、水、一種常見(jiàn)的液態(tài)電解質(zhì)以及一種極細(xì)的碳粉(納米級(jí)碳黑)混合而成。
當(dāng)這些成分混合在一起時(shí)，會(huì)形成一個(gè)致密的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，能夠傳導(dǎo)電荷。一旦這種材料凝固成混凝土，它以及用它建造的任何結(jié)構(gòu)(無(wú)論是建筑物、橋梁還是人行道)都能夠根據(jù)需要儲(chǔ)存和釋放電能。
這是一種被稱為“超級(jí)電容儲(chǔ)能”的概念，研究人員希望它能為可再生能源面臨的最大挑戰(zhàn)之一提供一個(gè)可行的解決方案：在陽(yáng)光不足或風(fēng)力不夠時(shí)，如何在本地儲(chǔ)存電能。
在9月29日發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》周刊的一項(xiàng)新研究中，研究人員表示，自2023年以來(lái)，他們將導(dǎo)電碳混凝土的儲(chǔ)能能力提高了10倍。如今，5立方米的這種材料可以儲(chǔ)存超過(guò)10千瓦時(shí)的電量——大致足夠一個(gè)普通家庭使用一天。
研究團(tuán)隊(duì)表示，就在兩年前，實(shí)現(xiàn)同等儲(chǔ)能水平還需要9倍于相同體積的材料。
該研究論文的主要作者、麻省理工學(xué)院研究科學(xué)家達(dá)米安·斯特凡紐克在一份聲明中說(shuō)：“憑借更高的能量密度和更廣泛的應(yīng)用價(jià)值，我們現(xiàn)在擁有了一個(gè)強(qiáng)大而靈活的工具，可以幫助我們應(yīng)對(duì)一系列長(zhǎng)期存在的能源挑戰(zhàn)?！?
他說(shuō)：“我們最大的動(dòng)機(jī)之一是推動(dòng)可再生能源的轉(zhuǎn)型。例如，太陽(yáng)能在效率方面已取得很大進(jìn)展。然而，它只能在陽(yáng)光充足時(shí)發(fā)電。因此，問(wèn)題就變成了你如何在夜晚或陰天滿足能源需求？”
盡管導(dǎo)電碳混凝土的能量密度還無(wú)法與鋰電池等傳統(tǒng)電池技術(shù)相媲美(后者在相同重量或體積下能儲(chǔ)存相當(dāng)于前者數(shù)百倍的能量)，但它可以直接澆筑成建筑構(gòu)件，并且可能擁有與建筑物本身一樣長(zhǎng)的使用壽命，同時(shí)不依賴稀有或有毒材料，這些特點(diǎn)使得它對(duì)科學(xué)家而言尤其具有吸引力。
此次性能提升的關(guān)鍵在于研究人員對(duì)混凝土內(nèi)部碳網(wǎng)絡(luò)與電解質(zhì)之間相互作用的深入理解，以及對(duì)材料制造方式的改進(jìn)。
研究人員不再等材料硬化后將其浸泡在電解質(zhì)中，而是將電解質(zhì)直接添加到最初混合成分所用的水中。通過(guò)這種方式可以制造出更厚、能量密度更高的混凝土板塊，同時(shí)不犧牲導(dǎo)電性。
研究團(tuán)隊(duì)還測(cè)試了不同類型的電解質(zhì)，包括海水，并發(fā)現(xiàn)了幾種可行的選擇。最佳結(jié)果來(lái)自一種由季銨鹽(常用于家用消毒劑)和乙腈(一種在工業(yè)中常見(jiàn)的導(dǎo)電溶劑)混合而成的電解質(zhì)。
最令科學(xué)家們興奮的是，他們意識(shí)到只需對(duì)混凝土的制作方式做出微小改動(dòng)，就能生產(chǎn)出導(dǎo)電碳混凝土。這為可持續(xù)建筑帶來(lái)了巨大的機(jī)遇。這種材料可以用來(lái)開(kāi)發(fā)研究人員所稱的“多功能混凝土”，它不僅能儲(chǔ)存電能，還能吸收空氣中的二氧化碳，甚至具備自我修復(fù)的能力。
這種材料已在日本進(jìn)行過(guò)測(cè)試，用于在下雪天加熱人行道，有望替代傳統(tǒng)的撒鹽除冰方式。研究團(tuán)隊(duì)目前正在推進(jìn)其在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用，例如為遠(yuǎn)離電網(wǎng)的住宅供電，以及建造未來(lái)可能為電動(dòng)汽車充電的停車位和道路等。
該研究論文的共同作者、美國(guó)康奈爾大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)副教授詹姆斯·韋弗在聲明中說(shuō)：“最讓我們興奮的是，我們竟然讓混凝土這種古老材料展現(xiàn)出全新的功能?！?
他說(shuō)：“通過(guò)將現(xiàn)代納米科學(xué)與古老的建筑材料相結(jié)合，我們正在打開(kāi)一扇新大門(mén)，讓基礎(chǔ)設(shè)施不僅支撐我們的生活，更能為我們的生活提供動(dòng)力?！保üE）
