儲能性能提升10倍 高效“混凝土電池”可為城市供電
來源：參考消息網(wǎng) 時間：2025-10-17 14:42
據(jù)美國趣味科學網(wǎng)站10月7日報道，美國麻省理工學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能裝置、給整個城市供電鋪平了道路。
這種材料被稱為“導電碳混凝土”，是通過將水泥、水、一種常見的液態(tài)電解質(zhì)以及一種極細的碳粉(納米級碳黑)混合而成。
當這些成分混合在一起時，會形成一個致密的導電網(wǎng)絡，能夠傳導電荷。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)(無論是建筑物、橋梁還是人行道)都能夠根據(jù)需要儲存和釋放電能。
這是一種被稱為“超級電容儲能”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)之一提供一個可行的解決方案：在陽光不足或風力不夠時，如何在本地儲存電能。
在9月29日發(fā)表于美國《國家科學院學報》周刊的一項新研究中，研究人員表示，自2023年以來，他們將導電碳混凝土的儲能能力提高了10倍。如今，5立方米的這種材料可以儲存超過10千瓦時的電量——大致足夠一個普通家庭使用一天。
研究團隊表示，就在兩年前，實現(xiàn)同等儲能水平還需要9倍于相同體積的材料。
該研究論文的主要作者、麻省理工學院研究科學家達米安·斯特凡紐克在一份聲明中說：“憑借更高的能量密度和更廣泛的應用價值，我們現(xiàn)在擁有了一個強大而靈活的工具，可以幫助我們應對一系列長期存在的能源挑戰(zhàn)?！?/p>
他說：“我們最大的動機之一是推動可再生能源的轉(zhuǎn)型。例如，太陽能在效率方面已取得很大進展。然而，它只能在陽光充足時發(fā)電。因此，問題就變成了你如何在夜晚或陰天滿足能源需求？”
盡管導電碳混凝土的能量密度還無法與鋰電池等傳統(tǒng)電池技術相媲美(后者在相同重量或體積下能儲存相當于前者數(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的使用壽命，同時不依賴稀有或有毒材料，這些特點使得它對科學家而言尤其具有吸引力。
此次性能提升的關鍵在于研究人員對混凝土內(nèi)部碳網(wǎng)絡與電解質(zhì)之間相互作用的深入理解，以及對材料制造方式的改進。
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，同時不犧牲導電性。
研究團隊還測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)中常見的導電溶劑)混合而成的電解質(zhì)。
最令科學家們興奮的是，他們意識到只需對混凝土的制作方式做出微小改動，就能生產(chǎn)出導電碳混凝土。這為可持續(xù)建筑帶來了巨大的機遇。這種材料可以用來開發(fā)研究人員所稱的“多功能混凝土”，它不僅能儲存電能，還能吸收空氣中的二氧化碳，甚至具備自我修復的能力。
這種材料已在日本進行過測試，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。研究團隊目前正在推進其在現(xiàn)實世界的應用，例如為遠離電網(wǎng)的住宅供電，以及建造未來可能為電動汽車充電的停車位和道路等。
該研究論文的共同作者、美國康奈爾大學材料科學與工程學副教授詹姆斯·韋弗在聲明中說：“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?！?/p>
他說：“通過將現(xiàn)代納米科學與古老的建筑材料相結(jié)合，我們正在打開一扇新大門，讓基礎設施不僅支撐我們的生活，更能為我們的生活提供動力。”（郭駿）
責任編輯：江蓬新
