據參考消息網(wǎng)報道，美國麻省理工學(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能裝置、給整個(gè)城市供電鋪平了道路。

　　這種材料被稱(chēng)為“導電碳混凝土”，是通過(guò)將水泥、水、一種常見(jiàn)的液態(tài)電解質(zhì)以及一種極細的碳粉(納米級碳黑)混合而成。

　　當這些成分混合在一起時(shí)，會(huì )形成一個(gè)致密的導電網(wǎng)絡(luò )，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(wú)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(chēng)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(gè)可行的解決方案：在陽(yáng)光不足或風(fēng)力不夠時(shí)，如何在本地儲存電能。

　　在9月29日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院學(xué)報》周刊的一項新研究中，研究人員表示，自2023年以來(lái)，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?xún)Υ娉^(guò)10千瓦時(shí)的電量,大致足夠一個(gè)普通家庭使用一天。

　　研究團隊表示，就在兩年前，實(shí)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(xué)院研究科學(xué)家達米安·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用價(jià)值，我們現在擁有了一個(gè)強大而靈活的工具，可以幫助我們應對一系列長(cháng)期存在的能源挑戰。”

　　他說(shuō)：“我們最大的動(dòng)機之一是推動(dòng)可再生能源的轉型。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(mǎn)足能源需求?”

　　盡管導電碳混凝土的能量密度還無(wú)法與鋰電池等傳統電池技術(shù)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(cháng)的使用壽命，同時(shí)不依賴(lài)稀有或有毒材料，這些特點(diǎn)使得它對科學(xué)家而言尤其具有吸引力。

　　此次性能提升的關(guān)鍵在于研究人員對混凝土內部碳網(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)不犧牲導電性。

　　研究團隊還測試了不同類(lèi)型的電解質(zhì)，包括海水，并發(fā)現了幾種可行的選擇。最佳結果來(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，他們意識到只需對混凝土的制作方式做出微小改動(dòng)，就能生產(chǎn)出導電碳混凝土。這為可持續建筑帶來(lái)了巨大的機遇。這種材料可以用來(lái)開(kāi)發(fā)研究人員所稱(chēng)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(jìn)行過(guò)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(jìn)其在現實(shí)世界的應用，例如為遠離電網(wǎng)的住宅供電，以及建造未來(lái)可能為電動(dòng)汽車(chē)充電的停車(chē)位和道路等。

　　該研究論文的共同作者、美國康奈爾大學(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出全新的功能。”

　　他說(shuō)：“通過(guò)將現代納米科學(xué)與古老的建筑材料相結合，我們正在打開(kāi)一扇新大門(mén)，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(dòng)力。”

　　(郭 駿)