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脑洞大开!世界首个可充电水泥电池概念提出 未来摩天大楼或变成“小型电厂”

2021-05-19 14:17 前瞻网   

 

脑洞大开!世界首个可充电水泥电池概念提出 未来摩天大楼或变成“小型电厂”

想象一下,一座20层的混凝土建筑能够化身为一个巨大的电池去储存能量,世界将会怎样?根据瑞典查尔默斯理工大学的独特研究,这样的愿景有一天或成为现实。建筑与土木工程系的研究人员最近发表了一篇文章,概述了可充电电池的新概念——由水泥制成。

不断增长的对可持续建筑材料的需求给研究人员带来了巨大的挑战。曾在瑞典查尔默斯理工大学(Chalmers University of Technology)工作的Emma Zhang博士,几年前加入了Luping Tang教授的研究团队,寻找未来的建筑材料。现在他们一起成功地创造出了世界上第一个可充电水泥电池的概念。

这个概念首先涉及水泥基混合物,添加少量短碳纤维以增加导电性和弯曲韧性。然后,在混合物中嵌入一层金属涂层的碳纤维网——铁作阳极,镍作阴极。经过多次试验,这也是研究人员现在展示的原型。

“早期研究表明混凝土电池技术的性能非常低,所以我们意识到我们必须打破常规,想出另一种方法来产生电极。”我们提出了一个特殊的想法——也是可充电的——以前从未被探索过。现在我们有了实验室规模的概念证明。”Emma Zhang解释道。

Tang Luping和Emma Zhang的研究生产出了一种可充电水泥电池,其平均能量密度为每平方米7瓦特时(或每升0.8瓦特时)。能量密度用来表示电池的容量,一个适度的估计是,新电池的性能可能是以前尝试的混凝土电池的10倍以上。与商用电池相比,这种电池的能量密度仍然很低,但由于电池在建筑物中使用时体积巨大,这一限制可以被克服。

解决储能问题的潜在有效方法

电池可充电是其最重要的品质,如果这一概念进一步发展和商业化,其利用的可能性几乎是惊人的。能量储存是一种明显的可能性,监测是另一种可能性。研究人员认为,该技术的应用范围可能包括为Led供电、在偏远地区提供4G连接,或在混凝土基础设施中提供阴极保护以防止腐蚀。

“例如,它还可以与太阳能电池板结合,为高速公路或桥梁的监控系统提供电力,由混凝土电池操作的传感器可以检测到裂缝或腐蚀。”Emma Zhang说。

以这种方式使用结构和建筑的概念可能是革命性的,因为它提供了一个替代的解决能源危机的方案,通过提供大量的能源存储。

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。从可持续发展的角度来看,它还远远不够理想,但增加功能的潜力可以提供一个新的维度。

Emma Zhang表示:“我们有一个愿景,在未来,这项技术可以让多层建筑的整个部分由功能混凝土制成。考虑到任何混凝土表面都可能嵌入一层这种电极,我们谈论的是体积巨大的功能性混凝土。”

服务寿命方面仍然存在挑战

不过,这个想法仍处于非常早期的阶段。在该技术商业化之前有待解决的技术问题包括延长电池的使用寿命和发展回收技术。“由于混凝土基础设施通常可以使用50年甚至100年,所以电池需要改进以匹配这一标准,或者在使用寿命结束时更容易更换和回收。”目前,从技术角度来看,这是一个重大挑战。”

但研究人员希望他们的创新能提供很多东西。“我们相信,这一概念将为未来的建筑材料提供更多的功能,如可再生能源,做出巨大贡献。”Tang Luping总结道。

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责任编辑: 4126TJ

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