用混凝土给建筑物充电

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混凝土，仅次于水，是世界上使用第二多的材料。由于它在周围的建筑环境中无处不在，研究人员一直在希望用混凝土来储存电力——换句话说，就是让建筑物充当巨型的电池。

当许多地方越来越依赖风能和太阳能这样的可再生能源时，这种想法也在取得进展。我们知道，当风力减弱或者夜幕降临时，可充电电池必不可少，但是制造它们的材料通常是对环境有害的物质，远称不上环保。

实验性的混凝土电池还很初级，容量仅相当于传统电池容量的一小部分。但在《建筑》（Buildings）期刊中，一个团队描述了一种可充电材料的原型，它能储存的电量是早期实验成果的10倍以上。

尽管能住人的混凝土电池听上去不太现实。但是正如爱尔兰都柏林理工大学的结构工程师艾梅·伯恩 （Aimee Byrne，并未参与这项研究）所指出的那样，“土豆也是能造电池的。”在可持续性问题变得越来越重要的未来，她很喜欢这种既能提供居住环境，又能为电子设备供电的建筑理念。

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瑞典德耳塔（Delta） 公司的高级科学家张清楠（Emma Zhang，这项研究的共同作者）说：“这为当前的建筑材料增加了额外的功能，在我看来是非常有前途的。”她曾在瑞典查尔姆斯理工大学从事新电池设计。

她和同事模仿了爱迪生电池的设计。这是一种简单但耐用的方案，电解质溶液在带正电的镍极板和带负电的铁极板之间携带离子，带来能产生电压的电势。在新的方案中，混合到混凝土中的导电碳纤维代替了电解质。研究人员还嵌入了一层涂有镍或铁的碳纤维层，以此作为极板。

结果证明，这种装置确实能够放电后再充电。

伯恩说：“事实上，他们已经在某种程度上成功地给混凝土充电了，我认为这是在实现未来需求中非常重要的一步。”和它的灵感来源，可以运行几十年的爱迪生电池一样，这种设计非常持久耐用，还可以抵抗过充。张清楠补充说：“你可以随心所欲地使用这种电池，却不用担心对性能造成影响。”

尽管新设计能够储存的电量已经是早期成果的10 倍以上，但是这种方案依然后很长的路要走。张清楠表示，200平方米的混凝土“可以提供的电力为典型美国家庭日用电量的8%左右”。这个性能还不足以与当今的可充电设备竞争。

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伯恩说：“我们目前只能从（基于水泥的）电池中获得毫安级的电流——得到的电流达不到安培级别。而且，这种设计只能提供几个小时，而不是几天的充电时间。”张清楠补充说，“与其他电池设计相比，基于水泥的电池确实依然处于起步阶段。”

包括托马斯·爱迪生（Thomas Edison）设计的电池在内，早期的电池都是简单而笨重的。一个多世纪以来，随着研究人员不断测试新材料和新设计，才开发出了如今体型小、效率高的设备。伯恩认为，基于混凝土的储能可能会经历类似的演变过程。

“重要的是我们正在展望未来，”张清楠说，“要把眼光放长远。”

撰文：索菲·布什维克（Sophie Bushwick）

翻译：刘彬

引进来源：科学美国人

本文来自：中国数字科技馆