近期，美國麻省理工學(xué)院（MIT）在混凝土電池領(lǐng)域取得決定性突破 —— 其研發(fā)的新型混凝土儲能技術(shù)能量密度較兩年前的初代版本提升 10 倍，相關(guān)研究成果已于 9 月 29 日發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS），標(biāo)志著該技術(shù)向大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用邁出關(guān)鍵一步。

混凝土作為人類使用量僅次于水的建筑材料，長期以來以 “平淡無奇的結(jié)構(gòu)材料” 形象存在，而麻省理工的研究團(tuán)隊(duì)通過技術(shù)創(chuàng)新，為其賦予了儲能與感知的 “超能力”。該技術(shù)的核心原理在于混凝土制備過程中的材料改良：在攪拌水泥時(shí)加入納米碳黑粉末（直徑僅為頭發(fā)絲的數(shù)萬分之一），這些納米顆粒會自發(fā)聚合，形成遍布混凝土內(nèi)部的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使原本絕緣的混凝土轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆鋬δ芄δ艿?“超級電容”。

不過，兩年前的初代混凝土電池雖概念新穎，卻受限于儲能密度過低的瓶頸 —— 若要滿足一個(gè)普通家庭一天的用電需求，需體積達(dá) 45 立方米的混凝土電池，相當(dāng)于整套住宅的地下室空間，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)際推廣。為突破這一局限，研究團(tuán)隊(duì)借助掃描電子顯微鏡，以納米級精度觀測混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)納米碳黑網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)類似珊瑚的分形結(jié)構(gòu)，可包裹水泥內(nèi)部微小空隙形成大量 “微型儲能單元”?；谶@一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)通過兩項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)技術(shù)躍升：

其一，優(yōu)化電解質(zhì)體系。初代技術(shù)采用的電解質(zhì)導(dǎo)電效率較低，團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)而使用性能更優(yōu)異的有機(jī)電解質(zhì)，大幅提升離子在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速率，顯著增強(qiáng)儲能效率；更值得關(guān)注的是，研究發(fā)現(xiàn)海水也可作為該電池的電解質(zhì)，為海上風(fēng)電等場景的儲能應(yīng)用提供了低成本解決方案。

其二，改進(jìn)制備工藝。傳統(tǒng)流程需先制成混凝土構(gòu)件，再將其浸泡于電解質(zhì)中，操作復(fù)雜且效率低；新方案則在混凝土攪拌階段直接加入電解質(zhì)，不僅簡化生產(chǎn)流程、提升效率，還能制備出體積更大、儲能容量更高的電池構(gòu)件。

在兩項(xiàng)創(chuàng)新的加持下，新型混凝土電池的儲能密度實(shí)現(xiàn) 10 倍增長：當(dāng)前 1 立方米的混凝土可儲存超過 2 度電，足以支撐一臺家用冰箱全天運(yùn)行。更令人矚目的是，研究團(tuán)隊(duì)通過實(shí)際原型驗(yàn)證了該技術(shù)的多元潛力 —— 他們用這種材料打造了一個(gè)小型混凝土拱門，該拱門不僅具備常規(guī)建筑構(gòu)件的承重能力，還成功為一盞 LED 燈供電；當(dāng)對拱門施加壓力時(shí)，LED 燈會隨壓力變化規(guī)律閃爍，表明該材料可感知自身所受壓力，實(shí)現(xiàn) “結(jié)構(gòu)承重 - 能量存儲 - 應(yīng)力感知” 三重功能融合，突破了傳統(tǒng)建筑材料與功能材料的邊界。

這一技術(shù)的成熟與推廣，有望開啟 “智能能源基建” 的全新圖景：未來的橋梁不僅可為本身的路燈、監(jiān)測設(shè)備供電，還能通過應(yīng)力感知功能實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)健康，在出現(xiàn)安全隱患前通過電信號預(yù)警；高速公路可依托混凝土電池為行駛中的電動(dòng)汽車提供無線充電；住宅建筑則能通過墻體、樓板等構(gòu)件實(shí)現(xiàn)能源存儲，助力建筑能源自給自足。從普通建筑材料到 “智能能源載體”，麻省理工的混凝土電池技術(shù)正以顛覆性創(chuàng)新，推動(dòng)能源與基建領(lǐng)域的深度融合，為構(gòu)建綠色、智能的未來基礎(chǔ)設(shè)施體系提供了新可能。

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