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美国混凝土电池重大突破:储能密度飙升10倍,或开启建筑储能新时代

时间:2025-10-05 04:33:32 来源:徐德文科学频道 作者:徐德文科学频道

还记得两年前引发科技界轰动的麻省理工混凝土电池吗?经过两年持续攻关,这项技术近日取得决定性突破——储能密度飙升10倍,正以惊人速度迈向大规模应用。9月29日,这项重磅成果正式发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS),为解决清洁能源时代最棘手的储能难题提供了革命性方案。研究人员描绘的未来图景令人振奋:建筑、桥梁、公路都将化身绿色发电站与储能站,彻底重构城市能源系统。

当混凝土与电池这两个看似无关的词汇碰撞时,多数人的第一反应是质疑:这种灰扑扑的建筑材料,真的能储存电能吗?

恰恰在最平凡之处,往往孕育着颠覆性创新。



作为人类使用量仅次于水的材料,混凝土若能具备储能功能,其影响将远超想象。MIT团队独辟蹊径,在水泥搅拌过程中加入纳米碳黑——这种比头发丝细数万倍的碳颗粒,在水泥浆中通过范德华力自发连接,形成覆盖整个混凝土结构的导电网络。这项创新让绝缘的混凝土瞬间蜕变为超级电容器电极,为储能技术开辟了全新路径。

然而2023年初代版本暴露出致命缺陷:储能密度过低。要满足普通家庭日用电需求,需要45立方米的混凝土块,相当于整个地下室空间。这个现实问题让技术推广陷入困境,难道这条创新之路走不通?

真正的突破始于对问题本质的洞察。



研究团队运用聚焦离子束-扫描电子显微镜(FIB-SEM)进行纳米级3D成像,在微观世界发现惊人结构:碳黑网络并非杂乱无章,而是呈现精妙的分形网状特征,完美包裹混凝土孔隙形成储能位点。基于这个发现,团队实施两大关键改进:

第一,开发高性能电解质。传统电解液效率低下,团队改用有机电解质后,离子迁移与吸附效率显著提升,甚至实现海水直接应用,为海上风电储能提供完美解决方案。



第二,革新制备工艺。将电解质直接加入水泥搅拌环节,不仅提升生产效率,还能制造更厚实的储能模块。这项工艺改进使混凝土电池从实验室走向规模化生产成为可能。

双重创新带来惊人效果:储能密度提升10倍!现在仅需1立方米混凝土即可储存2千瓦时电能,满足冰箱全天运行需求。更令人振奋的是,这种材料展现出意想不到的智能特性。

研究团队用混凝土建造的微型拱门不仅具备承重功能,还能点亮LED灯。当施加压力时,灯光竟随压力变化闪烁,证明材料具有压力感知能力。这种突破意味着未来建筑将拥有"神经网络"——桥梁可监测自身结构变化,公路能为电动汽车动态充电,离网住宅实现能源自给。



正如研究人员所言:这项技术将纳米科学与建筑基石相结合,开启基础设施能源革命。未来的城市不再依赖传统电网,建筑本身将成为能量源与感知系统,构建起会"呼吸"、会"思考"的智能生态。

参考文献:

  1. Stefaniuk D, Weaver JC, Ulm F-J, Masic A. 2025. High energy density carbon–cement supercapacitors for architectural energy storage.PNAS122 (40) e2511912122.
  2. Chanut N, Stefaniuk D, Weaver JC, et al. 2023. Carbon–cement supercapacitors as a scalable bulk energy storage solution.PNAS120 (32) e2304318120.



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