想象一下，一座20層的混凝土建筑可以像一個(gè)巨大的電池一樣儲存能量。瑞典查爾默斯理工大學(xué)的一項(xiàng)研究顯示，這樣的愿景有一天可能成為現(xiàn)實(shí)。建筑與土木工程系的研究人員最近發(fā)表了一篇文章，概述了可充電電池的新概念——由水泥制成。


不斷增長的對可持續(xù)建筑材料的需求給研究人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)。曾在瑞典查爾默斯理工大學(xué)（Chalmers University of Technology）工作的Emma Zhang博士，幾年前加入了Luping Tang教授的研究團(tuán)隊(duì)，尋找未來的建筑材料。現(xiàn)在他們一起成功地開發(fā)出了世界上第一個(gè)可充電水泥電池的概念。

這個(gè)概念首先涉及水泥基混合物，添加少量短碳纖維以增加導(dǎo)電性和彎曲韌性。然后，在混合物中嵌入一層金屬涂層的碳纖維網(wǎng)——鐵作陽極，鎳作陰極。經(jīng)過多次試驗(yàn)，這就是研究人員現(xiàn)在展示的原型。


“早期研究表明混凝土電池技術(shù)的性能非常低，所以我們意識到我們必須打破常規(guī)，想出另一種方法來生產(chǎn)電極。我們開發(fā)的這個(gè)特殊想法，也是可充電的，以前從未被探索過。現(xiàn)在我們有了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的概念證明，”Emma Zhang解釋道。

據(jù)悉，他們生產(chǎn)出了一種可充電水泥電池，其平均能量密度為每平方米7瓦特時(shí)（或每升0.8瓦特時(shí)）。能量密度用來表示電池的容量，一個(gè)適度的估計(jì)是，新電池的性能可能是以前嘗試的混凝土電池的10倍以上。

與商用電池相比，這種電池的能量密度仍然很低，但由于電池在建筑物中使用時(shí)體積巨大，這一限制可以被克服。

解決儲能問題的潛在關(guān)鍵

電池可充電是其最重要的品質(zhì)，如果這一概念進(jìn)一步發(fā)展和商業(yè)化，其使用的可能性幾乎是驚人的。能量儲存是一種明顯的可能性，監(jiān)測是另一種可能性。研究人員認(rèn)為，該技術(shù)的應(yīng)用范圍可能包括為Led供電、在偏遠(yuǎn)地區(qū)提供4G連接，或在混凝土基礎(chǔ)設(shè)施中提供陰極保護(hù)以防止腐蝕。

“例如，它還可以與太陽能電池板結(jié)合，為高速公路或橋梁的監(jiān)控系統(tǒng)提供電力，由混凝土電池操作的傳感器可以檢測到裂縫或腐蝕，”Emma Zhang說。

以這種方式使用結(jié)構(gòu)和建筑的概念可能是革命性的，因?yàn)樗峁┝艘粋€(gè)替代的解決能源危機(jī)的方案——通過提供大量的能源存儲。

混凝土是由水泥和其他成分混合而成的，是世界上最常用的建筑材料。從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，它還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠理想，但增加功能的潛力可以提供一個(gè)新的維度。

Emma Zhang表示，“我們有一個(gè)愿景，在未來，這項(xiàng)技術(shù)可以讓多層建筑的整個(gè)部分由功能混凝土制成。考慮到任何混凝土表面都可能嵌入一層這種電極，我們談?wù)摰氖求w積巨大的功能性混凝土。”

服務(wù)壽命方面仍存在挑戰(zhàn)

這個(gè)想法仍處于非常早期的階段。延長電池的使用壽命和發(fā)展回收技術(shù)是該技術(shù)商業(yè)化前尚待解決的技術(shù)問題。

研究人員表示，“由于混凝土基礎(chǔ)設(shè)施通常可以使用50年甚至100年，所以電池需要改進(jìn)以匹配這一標(biāo)準(zhǔn)，或者在使用壽命結(jié)束時(shí)更容易更換和回收。目前，從技術(shù)角度來看，這是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。”

但研究人員希望他們的創(chuàng)新能提供很多東西。“我們相信，這一概念將為未來的建筑材料提供更多的功能，如可再生能源，做出巨大貢獻(xiàn)，”他們補(bǔ)充道。