麻省理工学院开发出可以储存电力的混凝土，使房屋本身变成一个巨大的电池并从道路上直接为电动汽车供电成为可能

住宅蓄电池可作为灾难期间的备用电源，但价格昂贵且占用空间。锂离子电池还引起人们对环境问题的担忧，以及对锂本身供应的担忧。但最终，除了储存能量之外，没有其他可行的替代方案。

麻省理工学院（MIT）研究人员的一项新研究可能从根本上推翻这一观点。他们表示，他们已经找到了一种在“房屋材料”本身中储存电力的方法。这种材料就是混凝土，自古以来人类就一直在使用它。

该项目的首席研究员、麻省理工学院 (MIT) 的 Damian Stefaniuk 博士领导的团队发现，通过在水泥和炭黑中添加水，他们可以制造出可以存储电能的超级电容器（电池的替代品） 。

“一开始我简直不敢相信。我以为 LED 亮了是因为我没有断开外部电源，”Stefaniuk 在接受 BBC 采访时谈到超级电容器供电的 LED 第一次亮起时说道。

虽然这些超级电容器不能完全替代传统电池，但它们可以提供独特的优势，彻底改变我们的生活供电方式。

例如，研究人员表示，通过将超级电容器混凝土融入房屋的地基中，它可以储存一天的能量。使该设备用作超级电容器几乎不需要任何额外成本。它还确保了作为基础所需的强度。还可以想象，嵌入混凝土道路中的超级电容器可以以非接触方式为电动汽车充电。

普通材料可实现能量存储

在日本，电容器通常被称为“电容器”。它是一种储存和释放电力（电荷）的电子元件。原则上，它是一个非常简单的装置，由浸入电解质中的两个导电板和将它们分开的膜组成。当向电容器施加电压时，来自电解质的带正电的离子聚集在带负电的板上，带负电的离子收集在带正电的板上。这种电荷分离在板之间产生电场，为电容器充电，因为板之间的膜阻止离子的移动。两个板可以长时间保持该电荷对，并且可以在需要时快速释放。超级电容器是一种可以存储大量电荷的电容器。

电容器可以存储的电量取决于其导电板的总表面积。 Stefaniuk 团队开发的新型超级电容器的关键在于水泥基材料的制造方式，其内部具有致密、互连的导电网络。

研究人员通过将高导电炭黑与水泥粉和水一起引入混凝土混合物中并使其硬化来实现这一目标。当水与水泥发生反应时，水自然在结构内形成分支网络，碳移动到这些空间中，在硬化水泥内形成线状结构。这种结构就像分形：大的分支产生小分支，小分支又产生更小的分支，最终结果是在相对较小的体积中获得非常大的表面积。将材料浸入标准电解质（例如氯化钾等盐）中可提供离子以在碳结构中存储电荷。通过用薄的空间或绝缘层分隔由这些材料制成的两个电极，就形成了极其强大的超级电容器。

这些超级电容器可以快速存储大量能量，非常适合从太阳能和风能等可再生能源中获取剩余电力。超级电容器的充电和放电速度也比电池快得多。

捕获和释放此类能量的能力极其有价值，特别是对于间歇性可再生能源。因为太阳并不总是照耀，风也不总是吹着，所以太阳能和风能的一些能量如果不被储存起来就会被浪费。

据 Stefaniuk 及其同事介绍，一个 45 立方米（或码）的混凝土超级计算机电容器可以存储大约 10 千瓦时的能量。这被认为是一个家庭的平均每日用电量。

“例如，考虑一个由太阳能电池板供电的离网房屋，它在白天使用直接太阳能，在晚上使用储存在地基和其他来源的能量，”Stefaniuk 解释道。

Stefaniuk 及其同事的发现预计将充当缓冲器，吸收多余的能量并根据需要将其返回电网。

研究还表明，储能能力和结构强度会根据水泥和炭黑的混合比例而变化。添加更多的炭黑会增加能量储存能力，但会稍微削弱混凝土强度。这种可扩展性意味着可以根据特定应用所需的性能调整混合物来定制系统。

“这是一种真正的多功能材料，”麻省理工学院教授弗朗兹·约瑟夫·乌尔姆说。除了作为超级电容器储存能量的能力外，同类型的混凝土混合物还可以通过含碳混凝土输送电力来用作加热系统。

然而，也存在一些挑战。目前，混凝土超级电容器释放能量较快，不适合需要稳定电源的应用。

此外，水泥生产是二氧化碳排放的主要来源，对环境有影响。

“这项研究开启了许多有趣的可能性。然而，需要进一步的研究来大规模部署这项技术并减少其对环境的影响。”可能的工程专家迈克尔·肖特说。

然而，这种混凝土超级电容器具有彻底改变能源存储的潜力，迄今为止，能源存储一直以锂为主，并让我们看到了未来，我们将积极为清洁、可持续的世界做出贡献。通过持续的研究和开发，这些创新的“构建块”电池可以为更具弹性的可再生能源未来铺平道路。