新型水泥可以将房屋和道路变成巨型电池

“这是看待混凝土未来的新方式。”

这种材料仅由三种廉价且丰富的成分制成，可以储存足够的电力来为您的家庭供电一整天。

Chanut 等人，麻省理工学院，2023

温和地说，混凝土确实对环境有害。它是地球上除水之外消耗最多的产品，其碳足迹证明了这一点：水泥和混凝土的生产本身就占全球二氧化碳排放量的 8%，即超过 40 亿吨每年的温室气体排放量。

但麻省理工学院研究人员开发的一种新材料或许能够帮助解决这个问题。通过将水、水泥和一种称为炭黑的煤烟物质结合起来，他们构建了一种称为超级电容器的能量存储装置，类似于巨型混凝土电池。

“这种材料令人着迷，”麻省理工学院科学家、这项发明背后的研究人员之一阿德米尔·马西克 (Admir Masic) 在去年发布的一份声明中说道。 

“水泥是世界上最常用的人造材料，它与炭黑结合在一起，这是一种众所周知的历史材料——死海古卷就是用它写成的，”他解释道。 “这些至少有两千年历史的材料，当你以特定的方式将它们组合起来时，你会得到一种导电纳米复合材料，这就是事情变得非常有趣的时候。 ”

该材料令人难以置信的性能归功于炭黑的特殊性质——既具有高导电性，又具有防水性。这意味着，当混合物凝固时，炭黑本质上会重新排列成穿过水泥的金属丝分支网络。

研究人员表示，这不仅是全球向可再生能源转型的巨大潜力一步，而且由于其配方，它比更传统的电池具有内在优势。尽管水泥的碳成本较高，但这种新材料仅由三种成分制成，而且价格便宜且来源丰富。与此同时，标准电池所依赖的锂资源有限且二氧化碳排放成本高昂——“特别是在硬岩开采中，每开采一吨锂，就会向空气中排放 15 吨二氧化碳，”麻省理工学院的气候门户网站指出。

由于水泥不太可能很快普及，因此将其与简单高效的能源存储系统相结合似乎是一个明显的胜利。这项发明的研究人员之一达米安·斯特凡尼克 (Damian Stefaniuk) 本周向 BBC Future 表示：“鉴于混凝土在全球范围内的广泛使用，这种材料在能源储存方面具有高度竞争力和实用性。”

“如果能够扩大规模，该技术可以帮助解决一个重要问题——可再生能源的存储，”他说。

如何实现这一目标？一种潜在的解决方案：用它来铺路，让高速公路本身收集太阳能，然后为沿途行驶的电动汽车无线充电。电容器释放能量的速度比普通电池快得多 - 这就是为什么它们对于日常电力存储没有那么有用，尽管它具有其他优点，例如更高的效率和较低的性能下降水平 - 使其接近为行驶中的汽车提供动力提升的理想选择这样。

然而，另一个诱人的想法是将其用作建筑材料。在他们关于该材料的论文中，该团队计算出一块仅 45 立方米的碳背水泥混合物——从长远来看，你可以在一个奥林匹克游泳池中容纳大约 55 个碳背水泥混合物——将能够存储足够的能源为美国普通家庭供电。

研究小组建议：“由于混凝土能够保持其强度，因此具有由这种材料制成的地基的房屋可以存储太阳能电池板或风车产生的一天的能量，并可以在需要时使用。”

麻省理工学院结构工程师弗朗茨·约瑟夫·乌尔姆说：“这就是我们的技术非常有前途的地方，因为水泥无处不在。”

“[这是]展望混凝土未来的新方式。 ”

该论文发表在《PNAS》杂志上。