儲能大突破!全新超級電容器僅由水泥、水和炭黑制成……

　　根據(jù)麻省理工學(xué)院(MIT)的一項(xiàng)新研究，人類歷史上最為常見的兩種材料，水泥和炭黑(類似于非常精細(xì)的木炭)，可能成為一種新型低成本儲能系統(tǒng)的基礎(chǔ)原料。

　　MIT研究人員發(fā)現(xiàn)，這兩種材料可以與水結(jié)合，制成超級電容器(電池的替代品)，從而可以儲存電能。據(jù)稱，這項(xiàng)技術(shù)可以使能源網(wǎng)絡(luò)在可再生能源供應(yīng)波動的情況下保持穩(wěn)定，從而促進(jìn)太陽能、風(fēng)能和潮汐能等可再生能源的使用。

　　例如，研究人員說，他們的超級電容器最終可以被整合到房屋的混凝土基礎(chǔ)中，在那里它可以儲存一整天的能量，而基礎(chǔ)的成本很少(或根本沒有)，并且仍然提供房屋所需的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。研究人員還設(shè)想建設(shè)一條混凝土道路，可以為行駛在這條道路上的電動汽車提供非接觸式充電。

　　最新研究成果已于近期發(fā)表在了《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。

　　電容器原則上是非常簡單的裝置，由浸沒在電解液中的兩個(gè)導(dǎo)電板組成，并由膜隔開。當(dāng)對電容器施加電壓時(shí)，來自電解質(zhì)的帶正電的離子積聚在帶負(fù)電的極板上，而帶正電的極板則積聚帶負(fù)電的離子。

　　由于板之間的膜阻止了帶電離子的遷移，這種電荷的分離在板之間產(chǎn)生了電場，電容器就帶電了。這兩個(gè)板可以維持這對電荷很長一段時(shí)間，然后在需要時(shí)非常迅速地提供它們。超級電容器就是能夠儲存超大容量電荷的電容器。

　　電容器能儲存的電量取決于其導(dǎo)電板的總表面積。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型超級電容器的關(guān)鍵在于一種生產(chǎn)水泥基材料的方法，這種材料具有極高的內(nèi)表面積，這是由于其體積內(nèi)密集、相互連接的導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)。

　　具體而言，研究人員將具有高導(dǎo)電性的炭黑與水泥粉和水一起放入混凝土混合物中，并讓其固化，從而實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。當(dāng)水與水泥發(fā)生反應(yīng)時(shí)，水在結(jié)構(gòu)中自然形成一個(gè)分支網(wǎng)絡(luò)，碳遷移到這些空間中，在硬化的水泥中形成線狀結(jié)構(gòu)。

　　這些結(jié)構(gòu)具有類似分叉的結(jié)構(gòu)，較大的分支會生出較小的分支，而這些分支會生出更小的分支，以此類推，最終在相對較小的體積范圍內(nèi)形成一個(gè)非常大的表面積。

　　然后將這種材料浸泡在標(biāo)準(zhǔn)的電解質(zhì)材料中，比如氯化鉀(一種鹽)，它提供了積聚在碳結(jié)構(gòu)上的帶電粒子。研究人員發(fā)現(xiàn)，由這種材料制成的兩個(gè)電極，由一個(gè)薄空間或絕緣層隔開，形成一個(gè)非常強(qiáng)大的超級電容器。

　　研究人員指出，水泥和炭黑是兩種至少有兩千年歷史的材料，“當(dāng)你以一種特定的方式組合它們時(shí)，你就會得到一種導(dǎo)電的納米復(fù)合材料，這就是事情變得真正有趣的時(shí)候”。而且，所需的碳量非常小，只占混合物體積的3%，就能形成一個(gè)滲透的碳網(wǎng)絡(luò)。

　　研究人員說，由這種材料制成的超級電容器在幫助世界向可再生能源過渡方面具有巨大的潛力。無排放能源的主要來源，如風(fēng)能、太陽能和潮汐能，都是在可變的時(shí)間產(chǎn)生它們的輸出，而這些時(shí)間往往與電力使用的高峰不一致，因此儲存電力的方法是必不可少的。

　　“對大型儲能系統(tǒng)的需求非常大，而現(xiàn)有的電池過于昂貴，而且主要依賴于鋰等材料，而鋰的供應(yīng)有限，因此迫切需要更便宜的替代品。這就是我們的技術(shù)非常有前途的地方，因?yàn)樗酂o處不在。”他們說。

　　研究小組計(jì)算出，一塊45立方米大小的納米碳黑摻雜混凝土(相當(dāng)于一個(gè)直徑約3.5米的立方體)，將有足夠的容量存儲大約10千瓦時(shí)的能量，這被認(rèn)為是一個(gè)家庭的平均每日用電量。由于混凝土可以保持其強(qiáng)度，用這種材料做地基的房子可以儲存太陽能電池板或風(fēng)車產(chǎn)生的一天的能量，并在需要的時(shí)候使用。而且，超級電容器的充放電速度比電池快得多。

　　研究人員還說，這項(xiàng)技術(shù)的最初用途可能是在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的孤立的家庭、建筑物或避難所，這些地方可能由連接在水泥超級電容器上的太陽能電池板供電。

　　他們說，該系統(tǒng)是非?？蓴U(kuò)展的，因?yàn)槟芰看鎯θ萘渴请姌O體積的直接函數(shù)。“你可以把1毫米厚的電極變成1米厚的電極，通過這樣做，基本上你可以擴(kuò)展能量存儲容量，從點(diǎn)亮一個(gè)LED幾秒鐘，到為整個(gè)房子供電”。

　　來源：財(cái)聯(lián)社 作者：黃君芝