脑洞变现实储能混凝土它来了！可为太阳能供电的家庭提供超过27年的储能

时间: 2024-08-25 05:00:27 |   作者: 新闻中心

  想象一下，未来的城市中，路面、建筑物和桥梁不仅仅可以承载人类活动，还可成为能源的源泉之一。这不是科幻电影的情节，而是一个极具可能性的现实。最近，一项新技术正在发展，可以让混凝土变成―种享有高性能的电池储能系统，这项技术能通过利用混凝土中的成分作为电极储能来达到。这项变革一旦实现，将颠覆今天能源储存的方式，并改变我们对路面和建筑物的看法。

  混凝土储能技术的实现具备极其重大意义，因为能源储存是目前可再次生产的能源使用的最大挑战之一。未来，这项技术有望解决当今面临的能源存储问题，同时节省本金，取代传统的电池储存方式。让我们深入探究这—颠覆性技术的细节和潜力。

  水泥和木炭粉的混合物可以使房屋混凝土地基储存一整天的能量。这种制造超级电容器的新方法——一种可以更快放电的电池替代品，可以被整合到建筑物和风力涡轮机中。当与可再次生产的能源结合使用时，有朝一日它可让混凝土路基在电动汽车行驶时为其无线日，相关成果发表于美国《国家科学院院刊》。

  “这些材料可供世界各地的每个人使用。”美国麻省理工学院的Franz-Josef Ulm说，“这在某种程度上预示着没有电池那样的限制。”

  早在 2021 年，查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）的一个团队就展示了如何将有用的电能储存在浇筑在碳纤维网电极周围的混凝土中，并通过混合碳纤维来增加导电性。

  麻省理工学院的发现似乎更上一层楼，因为它不再需要在混凝土中铺设网状电极，而是让碳黑在固化过程中形成自己的连接电极结构。

  Ulm和同事展示了水泥和炭黑——一种非常精细的木炭，如何与水混合，形成一个包含许多分支、充满了碳的线状结构的硬化块。当混凝土浸泡在氯化钾等普通电解质溶液中时，电解质中的带电粒子会沉淀在碳线状结构上，从而提供储能潜力。

  然后，他们用一层薄绝缘层将两块宽1厘米、厚1毫米的薄板分开，制成超级电容器。连接3个这样的超级电容器产生了相当于一个3伏电池的电量，能够点亮一个小型LED。

  研究人员表示，下一步可能是制造出12伏的超级电容器，这种电容器也可以连接起来，为更大的设备提供更多的充电功率。他们计算认为，一个边长3.5米的立方体大小的混凝土块可以储存10千瓦时的能量。这大约是美国家庭日均用电量的1/3，约是英国家庭日均用电量的1.25倍。这种材料的充放电能力保持在1万次循环以上，这在某种程度上预示着，理论上，它可以为太阳能供电的家庭提供超过27年的储能。

  该团队已经对这些混凝土超级电容器进行了小规模测试，切割出一对电极，制造出与纽扣电池大小相当的1伏特微型超级电容器，并用其中的三个点亮3伏特的LED灯。现在，它正在研究汽车电池大小的电池块，目标是制造出 1589 立方英尺、10 千瓦时的超级电容器，以进行更大规模的演示。

  麻省理工学院的Admir Masic说：“这项技术的基础是将两种历史悠远长久的、我们已知道几千年的古老材料结合在一起。”美国德雷塞尔大学的Yury Gogotsi说认为，工程上的一个复杂问题是，传统的混凝土板需要被用超级电容器制成的“混凝土胶合板”所取代。他认为，在建筑物或道路的整个生命周期内，用导电盐溶液保持超级电容器湿润将是一项挑战。

  尽管如此，麻省理工学院研究人员对这种相对简单的低成本超级电容器在整个世界的应用前景表示乐观。

  除了住宅之外，混凝土也无处不在，从建筑物到地面覆盖物，再到道路网络。该团队表示，这种储能混凝土可以与路边的太阳能电池板和感应充电线圈搭配使用，利用超级电容器按需泵送大量电能的能力，创建超快速的车行式无线电动汽车充电道路。

  此外，大型电网储能设施的地基可能会使用大量混凝土，这就产生了一种有趣的可能性，即巨型混凝土超级电容器可能与移动速度较慢的化学电池搭配使用，使其既能快速向电网输送电力，又能以较低的功率提供较长时间的电力。

  另一方面，目前还不清楚这种混凝土是不是适合在潮湿的室外使用。此外，还不清楚这些混凝土超级电容器是不是能够在现场浇筑，在原地自行组装。也不清楚每对电极要不要密封，也不清楚在哪里以及如何将这些混凝土块连接起来为房屋供电，更不清楚接触这样的混凝土超级电容器是否安全。

  混凝土发电的优势大多数表现在以下几个方面。首先是可持续性。混凝土是一种普遍的使用的建筑材料，其生产过程产生大量的废弃物和二氧化碳排放。而利用这些废弃物来发电可以充分的利用资源，减少环境污染，实现资源的再利用。其次，混凝土发电技术具有较高的效率。由于废弃混凝土本身已经经过破碎、研磨等处理，其内部的能量资源较为集中，可以更高效地转化为电能，提高能源利用效率。再次，混凝土发电可当作分布式能源的一种形式存在。

  由于混凝土发电设备能近距离接近用户，减少输电损耗，提高能源供给的可靠性和稳定能力。此外，混凝土发电技术还能发挥由废弃物转化为资源的作用，在废弃混凝土处理过程中减少对土地资源的占用。

  然而，混凝土发电也存在一些局限性。首先是技术难题。目前混凝土发电技术还处于起步阶段，相关设备和工艺仍需完善。尤其是在废弃混凝土的处理、能量转换和排放控制等方面有待进一步研究和改进。其次是成本问题。混凝土发电的设备和经营成本较高，需要大规模的投资和维护，限制了其在普及和应用阶段的发展。此外，混凝土发电也面临一些环境和卫生问题。废弃混凝土的处理和转化过程可能产生气味和噪音污染，对周围环境和居民的生活质量造成一定影响。

  加强技术研发和创新。通过技术的不断创新和突破，提高废弃混凝土的处理效率和能量利用率，降低设备和运营成本，同时加强对环境污染的控制和减少对居民生活质量的影响。

  完善政策和法规支持。通过出台相关的政策和法规，鼓励和支持混凝土发电技术的发展，包括经济激励措施、减税和补贴政策等，为混凝土发电的推广和应用提供有力保障和支持。此外，加强与相关领域和行业的合作，共同研究和推广混凝土发电技术，形成合力，推动混凝土发电技术的发展。

  混凝土发电的核心原理是利用混凝土的导电特性，将线圈和电磁感应器安装在混凝土的结构中。当外部电流通过线圈时，电磁感应器会引发相应的电磁场，从而使混凝土发电。这样一来，混凝土就能够储存电力，当需要使用电能时，只需要将外部电流接入混凝土结构，电力就能够被释放出来。

  混凝土发电在能源储存方面具有多重优势。首先，混凝土是一种常见且广泛应用的建筑材料，其成本相对较低，并且具有很高的强度和耐久性。因此，采用混凝土作为能源储存材料可以提高储存系统的稳定性和可靠性，降低系统的运维成本。

  混凝土发电的储能密度相对较高。混凝土拥有大量的微观孔隙结构，在实际应用中可以与许多导电材料（如碳纤维、纳米颗粒等）相结合，从而增加了能源储存的容量。由于混凝土的容纳能力较强，可以承载更多的电磁装置，因此其储能密度可以远远超过传统的电池和电压变化储能设备。

  混凝土作为建筑材料，具有很好的隐蔽性和稳定性。由于其外部形态与传统的混凝土结构没有明显区别，因此混凝土发电系统可以广泛应用于建筑物、桥梁等基础设施中，从而最大程度地利用空间资源。同时，混凝土具有良好的热导性能，可以增加能量的传输效率，并降低系统的能源损耗。

  混凝土发电在能源储存领域具有广阔的应用前景。它可以应用于智能化家居系统、城市电网的储能系统、电动车充电设施等多个领域。随着科技的不断进步和创新，混凝土发电技术将不断优化和改进，储能容量将不断增加，系统的稳定性和可靠性也会得到进一步提升。

  然而，混凝土发电技术还面临一些挑战和问题。首先，嵌入混凝土的电磁装置需要经过精密调整和安装，这需要专业的技术人员和复杂的工序，成本比较高。其次，混凝土发电系统的运行和维护需要对其电力装置进行定期检修和维护，这也需要专业人员的参与和成本的投入。

  如果这个技术能够得到大范围的应用，它一定会颠覆如今的能源储存方式。但我们需要时刻关注技术的发展，确保它不会对环境造成任何负面影响。无论如何，这个技术无疑是一个令人兴奋的新领域，值得我们进—步研究和探索。