新發(fā)現！混凝土也可以?xún)δ芰耍?/h1>

發(fā)布時(shí)間：2023-09-12閱讀次數：來(lái)源：國建聯(lián)信認證中心

麻省理工學(xué)院的研究人員發(fā)現，當把水泥和炭黑與水混合在一起時(shí)，得到的混凝土會(huì )自我組裝成一個(gè)儲能超級電容器，可以輸出足夠的電能為家庭供電或為電動(dòng)汽車(chē)快速充電。7月31日，相關(guān)成果已發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

早在2021 年，查爾姆斯理工大學(xué)（Chalmers University of Technology）的一個(gè)團隊就展示了如何將有用的電能儲存在澆筑在碳纖維網(wǎng)電極周?chē)幕炷林?，并通過(guò)混合碳纖維來(lái)增加導電性。

麻省理工學(xué)院的發(fā)現似乎更上一層樓，因為它不再需要在混凝土中鋪設網(wǎng)狀電極，而是讓碳黑在固化過(guò)程中形成自己的連接電極結構。

這種工藝利用了水和水泥的共同反應方式；當混凝土開(kāi)始硬化時(shí)，水在混凝土中形成了一個(gè)分支網(wǎng)狀通道，而炭黑會(huì )自然地遷移到這些通道中。這些通道呈現出分形結構，大的分支分裂成越來(lái)越小的分支——這就形成了表面積極大的碳電極，貫穿整個(gè)混凝土。

這些分支中的兩個(gè)分支被絕緣層或薄薄的空間隔開(kāi)，一旦整體浸泡在氯化鉀等標準電解液中，就能很好地用作超級電容器的極板。當然，超級電容器幾乎可以立即充電和放電，因此功率密度和輸出通常比標準鋰電池高得多。

能量密度較低，而且需要在體積存儲能量的多少和混凝土的強度之間做出權衡，因為添加更多的炭黑既能提高能量存儲，又能削弱最終混凝土的強度。

但最重要的是，這種儲能裝置并不需要太??；混凝土往往會(huì )被大量使用。美國一棟 2000 平方英尺（185.8 平方米）的普通住宅建在相當標準的 5 英寸厚（13 厘米）的混凝土板上，大約需要 31 立方碼（約 24 立方米）的混凝土。如果有車(chē)道或混凝土車(chē)庫，用量還會(huì )更多，如果房屋使用混凝土墻或混凝土柱，用量還會(huì )大大增加。

麻省理工學(xué)院的研究小組稱(chēng)，一塊 1589 立方英尺（約 45 立方米）的摻有納米碳黑的混凝土可儲存約 10 千瓦時(shí)的電量——足以滿(mǎn)足美國普通家庭三分之一的用電量，或者與一個(gè)適當大小的太陽(yáng)能屋頂陣列配合使用，將電網(wǎng)的能源賬單降至接近零。更重要的是，它幾乎不會(huì )增加任何成本。

該團隊已經(jīng)對這些混凝土超級電容器進(jìn)行了小規模測試，切割出一對電極，制造出與紐扣電池大小相當的1伏特微型超級電容器，并用其中的三個(gè)點(diǎn)亮3伏特的LED燈?，F在，它正在研究汽車(chē)電池大小的電池塊，目標是制造出 1589 立方英尺、10 千瓦時(shí)的超級電容器，以進(jìn)行更大規模的演示。

在小規模實(shí)驗室測試中，麻省理工學(xué)院團隊切割出一對對電極圓盤(pán)，用這些超級電容器為一個(gè) 3 伏的發(fā)光二極管（LED）供電。

麻省理工學(xué)院教授弗朗茨-約瑟夫-烏爾姆（Franz-Josef Ulm）是昨天發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上的一項新研究的共同作者。

烏爾姆在一份新聞稿中說(shuō)："你可以從 1 毫米厚的電極擴展到 1 米厚的電極，通過(guò)這樣做，你基本上可以將儲能能力從點(diǎn)亮 LED 幾秒鐘擴展到為整棟房子供電。"

除了住宅之外，混凝土也無(wú)處不在，從建筑物到地面覆蓋物，再到道路網(wǎng)絡(luò )。該團隊表示，這種儲能混凝土可以與路邊的太陽(yáng)能電池板和感應充電線(xiàn)圈搭配使用，利用超級電容器按需泵送大量電能的能力，創(chuàng )建超快速的車(chē)行式無(wú)線(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電道路。

此外，大型電網(wǎng)儲能設施的地基可能會(huì )使用大量混凝土，這就產(chǎn)生了一種有趣的可能性，即巨型混凝土超級電容器可能與移動(dòng)速度較慢的化學(xué)電池搭配使用，使其既能快速向電網(wǎng)輸送電力，又能以較低的功率提供較長(cháng)時(shí)間的電力。