據美國趣味科學網站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、一種常見的液態電解質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構(無論是建筑物、橋梁還是人行道)都能夠根據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。”
他說：“我們最大的動機之一是推動可再生能源的轉型。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百倍的能量)，但它可以直接澆筑成建筑構件，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部碳網絡與電解質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中，而是將電解質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，包括海水，并發現了幾種可行的選擇。最佳結果來自一種由季銨鹽(常用于家用消毒劑)和乙腈(一種在工業中常見的導電溶劑)混合而成的電解質。
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，就能生產出導電碳混凝土。這為可持續建筑帶來了巨大的機遇。這種材料可以用來開發研究人員所稱的“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，有望替代傳統的撒鹽除冰方式。研究團隊目前正在推進其在現實世界的應用，例如為遠離電網的住宅供電，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出全新的功能。”
他說：“通過將現代納米科學與古老的建筑材料相結合，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。”
