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今天来讲美国黑科技——混凝土“电池”，麻省理工正在开发的一种大型储能装置，利用世界上最便宜的三种材料，水、水泥和碳黑，可以把建筑物甚至道路都变成巨大的电池，实现大规模的能源存储和利用，为世界带来革命性的变革。

你是不是已惊掉了下巴？水泥和碳黑都能做成电池？

超级电容器

准确地说，它的名字不叫电池，而叫超级电容器，是介于电池和电容之间的一种储能装置。

你可能对电容还不太了解，简单来说，电池通过介质中的化学反应将化学能转化为电能，而电容则基本是通过物理过程将电荷分离存储在两个导电极之间。

电池的储能量一般比电容大得多，因为电池可以利用更多的物质参与反应，而电容只能利用有限的空间存储电荷。

由于电容只需要移动电荷，而不需要发生复杂的化学反应，所以电容的充放电速度要比电池快得多。

而且电容的充放电次数也比电池多得多，因为电容不会像电池那样出现极化、老化、腐蚀等现象，影响其性能和寿命。所以这就造成了一对矛盾。

那么超级电容器呢，它就是介于两者之间的一种特殊电容器，利用电极和电解质之间形成的静电双层和/或电化学赝电容来储存电荷，可以存储和释放比普通电容器更多的电能，并且可以比电池更快地充放电。

目前电池技术还存在很多问题，比如成本高、材料稀缺、寿命短、容量小、充放电速度慢等，科学家们一直在寻找更好的替代方案，而超级电容器具有寿命长、效率高、环境友好、可循环利用等优点，可应用于包括消费类电子产品、工具、电网缓冲、能量收集、运输、医疗等领域，在特定领域是电池的完美替代者。

混凝土电池

麻省理工正在开发的混凝土“电池”，就是一种超级电容器。一看到超级这个字眼，你脑海里浮现出的可能就是高科技纳米材料或者特殊合金什么的，但麻省理工的选择却让你大跌眼镜：水、水泥和碳黑。

这是最关键的地方，因为这些都是世界上最常用最便宜的材料，并且无需单独制成电池，而是可以和建筑物、道路结合起来，最大限度地降低成本。

水泥是建筑业的基础材料，而碳黑则是一种类似于极细的木炭的物质，可以用来制造墨水、颜料、橡胶等。它们看起来似乎毫不相干，但当它们与水混合在一起时，就会发生奇妙的化学反应。

研究人员发现，当水泥与水反应时，会产生一些空隙；而碳黑由于排斥水分，会聚集在这些空隙中，并形成类似于导线的卷须状结构。这些卷须状结构就像是连接两个极板的桥梁，使得整个混合物具有了导电性。

之后将这种混凝土制成两个电极，浸泡在标准电解质材料中，例如氯化钾，利用薄薄的空间或绝缘层隔开，就会形成一个非常强大的超级电容器，可以存储电能并达到10000次以上的稳定充放电循环——现在典型的锂离子电池只有几百次到几千次。

实验版本

进一步的研究发现，添加的碳黑越多，超级电容器存储的能量就越多，但混凝土结构强度也会下降，所以可以针对所需混凝土结构的强度不同，来添加碳黑制造混凝土“电池”，只要大于3%就可以了。

比如对于建筑地基或风电涡轮机底座，添加10%的碳黑可以达到最佳的平衡点，你想到什么没有？风电不是不稳定吗？如果把底座变成一个大电池，不就彻底解决问题了吗？

研究人员为此制作了一个实验室版的小型超级电容器来验证，他们用水、水泥和碳黑制造了一些和纽扣电池差不多大小的“混凝土电池”，直径1厘米，厚度1毫米，每个都可以充放1伏的电压，相当于1伏的电池。

之后他们把三个超级电容器连接起来，结果令人惊讶，3伏的发光二极管真的被点亮了。

而电容器的储能量是和电极的体积相关的，这意味着如果把1毫米变成1米后，就可能提供更多的电力，甚至为整个家庭供电。

研究人员下一步将制造一个12伏汽车电池大小的版本，然后是一个45立方米的版本——大约3.5米边长的立方体，可以存储约10千瓦时的电能，足以为一座房屋提供每天的用电量。

美好前景

如果这种混凝土“电池”开发成功，并能稳定运行，或许会带来革命性的变革或机遇，对环境、经济和社会产生极大的影响。

试想一下，我们可以将房屋地基制成混凝土电池，存储太阳能、风能等清洁能源产生的电力，在需要的时候使用。

也可以用这种材料把公路变成巨大的储能装置，让道路成为超级电容器，为电动车提供无线充电。

还可以把这种混凝土制成供暖系统，用于地板、墙体供暖，或人行道除冰除雪，水管防冻，农业大棚或温室保暖等。

怎么样？是不是感觉潜力巨大啊，不过麻省理工也是刚刚开始研究，还不知道做大之后究竟会不会产生实用价值，但至少理论计算是可行的，随着储能成为全世界越来越重要的基础行业，未来或许总会有某种装置脱颖而出，成为清洁能源和终端用户之间的重要载体。

论文：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2304318120

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