想像一下，一座20層樓的混凝土建築可以像一個巨大的電池一樣儲存能量。瑞典查爾默斯理工大學的一項研究顯示，這樣的願景有一天可能成為現實。瑞典查爾默斯工業大學建築與土木工程系的研究人員最近發表了一篇文章，概述了可充電電池的新概念——由水泥製成。
綠建築材料：可充電水泥電池
對綠建築材料的不斷增長需求，為此領域的研究人員帶來了巨大的刺激，曾在瑞典查爾默斯理工大學（Chalmers University of Technology）工作的Emma Zhang博士，幾年前加入了Luping Tang教授的研究團隊，尋找未來的建築材料，他們一起成功地開發出了世界上第一個可充電水泥電池的概念。
這個概念首先涉及水泥基混合物，添加少量短碳纖維以增加導電性和彎曲韌性。然後，在混合物中嵌入一層金屬塗層的碳纖維網——鐵作陽極，鎳作陰極。經過多次試驗，這就是研究人員現在展示的原型。
「早期研究表明混凝土電池技術的性能非常低，所以我們意識到我們必須打破常規，想出另一種方法來生產電極。我們開發的這個特殊想法，也是可充電的，以前從未被探索過。現在我們有了實驗室規模的概念證明，」Emma Zhang解釋道。
研究團隊生產出了一種可充電水泥電池，其平均能量密度為每平方米7瓦特時（或每升0.8瓦特時）。能量密度用來表示電池的容量，一個適度的估計是，新電池的性能可能是以前嘗試的混凝土電池的10倍以上。
與商用電池相比，這種電池的能量密度仍然很低，但由於電池在建築物中使用時體積巨大，這一限制可以被克服。
解決儲能問題的潛在關鍵
電池可充電是其最重要的品質，如果這一概念進一步發展和商業化，其使用的可能性幾乎是驚人的。能量儲存是一種明顯的可能性，監測是另一種可能性。研究人員認為，該技術的應用範圍可能包括為Led供電、在偏遠地區提供4G連接，或在混凝土基礎設施中提供陰極保護以防止腐蝕。
「例如，它還可以與太陽能電池板結合，為高速公路或橋樑的監控系統提供電力，由混凝土電池操作的傳感器可以檢測到裂縫或腐蝕，」Emma Zhang說。
以這種方式使用結構和建築的概念可能是革命性的，因為它提供了一個替代的解決能源危機的方案——通過提供大量的能源存儲。
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築材料。從可持續發展的角度來看，它還遠遠不夠理想，但增加功能的潛力可以提供一個新的維度。
Emma Zhang表示，「我們有一個願景，在未來，這項技術可以讓多層建築的整個部分由功能混凝土製成。考慮到任何混凝土表面都可能嵌入一層這種電極，我們談論的是體積巨大的功能性混凝土。」
服務壽命方面仍存在挑戰
這個想法仍處於非常早期的階段。延長電池的使用壽命和發展回收技術是該技術商業化前尚待解決的技術問題。
研究人員表示，「由於混凝土基礎設施通常可以使用50年甚至100年，所以電池需要改進以匹配這一標準，或者在使用壽命結束時更容易更換和回收。目前，從技術角度來看，這是一個重大挑戰。」 但研究人員希望他們的創新能提供很多東西。「我們相信，這一概念將為未來的建築材料提供更多的功能，如可再生能源，做出巨大貢獻，」他們補充道。