MIT突破性研究震撼升级:混凝土建筑变身巨型电池,能否让未来城市自给自足?

碳-水泥超级电容器升级:混凝土建筑变身巨型储能系统
混凝土已构建了我们的世界,而麻省理工学院(MIT)发明的一种名为「电子导电碳混凝土」(ec3,读作“e c cubed”)的变体,正展现出为这个世界提供电力的可能性。如今,这一愿景又向前迈进了一步。
ec3由水泥、水、超细炭黑和电解质混合制成,可形成一种导电的“纳米网络”,使墙壁、人行道和桥梁能够像巨型电池一样储存和释放电能。此前,该技术一直受限于低电压和规模化挑战。但发明ec3的MIT团队的最新研究,已将其储能容量提升了一个数量级。 采用改进后的技术,约五立方米的混凝土(相当于一个典型地下室墙体的体积)储存的电能,就足以满足一个普通家庭的日常需求。
研究人员通过使用高分辨率3D成像技术,更深入地了解了导电碳网络(本质上就是电极)的功能及其与电解质的相互作用方式。基于新的认识,团队尝试了不同的电解质及其浓度。MIT电子导电碳-水泥基材料中心的研究科学家达米安·斯特凡纽克表示:“我们发现,有广泛的电解质可以成为ec3的可行候选材料。这甚至包括海水,这使其有望成为适用于沿海和海洋环境的理想材料,例如作为海上风电场的支撑结构。”
同时,团队简化了向混合物中添加电解质的方式,从而可以浇筑更厚的电极以储存更多能量。
尽管ec3在能量密度上尚无法与传统电池匹敌,但其原则上可以直接融入建筑构件,并拥有与建筑结构本身一样长的寿命。 为了展示结构形式与储能功能如何协同工作,团队建造了一个微型拱门,该拱门在支撑自身重量和额外负载的同时,还能为一盏LED灯供电。
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延伸思考
1. 如果这种储能混凝土技术实现大规模应用,它将如何重塑城市能源基础设施的规划和建设模式?例如,未来的建筑是否可能从纯粹的“能源消费者”转变为“能源产消者”?
2. 考虑到其原材料(水泥、炭黑)和生产过程本身可能带来的环境足迹,如何全面评估这种新型储能材料在全生命周期内的“绿色”效益,确保其真正助力碳中和目标?
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