雙碳研究 | 麻省理工“混凝土電池”問世，開辟建筑儲能新路徑

麻省理工“混凝土電池”問世

開辟建筑儲能新路徑

【Design Boom網 10月8日報道】

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麻省理工研發混凝土電池

讓建筑變身供電站

麻省理工學院（MIT）的研究人員研發出一種“電子導電碳混凝土”（Electron-Conducting Carbon Concrete，簡稱EC3），這種材料可像電池一樣儲存并釋放電能，并有望應用于建筑、人行道及其他基礎設施。其主要由水泥、水、超細碳黑與電解質四種成分構成，其中后兩種為核心材料。

碳黑中的超細顆粒能在混凝土內部形成導電納米網絡，讓材料具有導電性；電解質則可以攜帶電荷。當兩種材料與水泥和水混合后，會形成一種能儲存并釋放電能的混凝土，其功能類似超級電容器或大型電池。盡管該項目研發的混凝土電池儲能容量不及常規電池，但有一項顯著優勢：可作為建筑材料，也就是說，它能用于修建墻體、地面、馬路與橋梁，讓這些建筑能儲存電能并直接供電。麻省理工學院的混凝土電池展示了一個未來圖景：該材料可用于修筑道路或停車場，實現電動汽車無線充電；也可用于離網住宅，讓其無需依賴外部供電。

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銨鹽助力提高單日供電量

為研發這種混凝土電池，該團隊還研究了碳黑與電解質在混凝土內部的相互作用。他們采用FIB-SEM tomography技術，即將離子束與掃描電鏡結合，通過逐層切割并掃描混凝土薄層，構建出納米網絡的3D圖像。圖像顯示，碳黑顆粒會形成網狀結構，包裹住混凝土內部的微小孔隙，這一結構既有助于電解質的充分擴散，也能讓電流順暢流動。

在明確該網絡的作用機制后，研究團隊對不同類型的電解質展開測試，發現多種電解質均適用，包括有機電解質，甚至海水。在研究過程中，該團隊并未采用先混合混凝土，再將其浸泡在電解質中的方式，而是在混合前就將電解質直接融入水中。這種方法能讓電解質在混凝土混合物中均勻擴散，進而增加混凝土層的厚度，提升儲能容量。最終，研究團隊發現最優配方是將季銨鹽（常見于消毒劑中）與乙腈混合。采用該配方的混凝土，每立方米可儲存超過2千瓦時的電能，約等于普通家庭冰箱一天的耗電量。

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混凝土電池助力可再生能源儲存

研究團隊還制造了一座微型EC3拱門，對其核心技術進行了驗證。該結構不僅能承重，還可利用儲存的電量為小型LED燈供電；當負載增加時，LED燈會閃爍，這也說明，這種材料可以實現自監測。據此，在大型建筑結構中，通過其監測電流變化，即可評估建筑所承受的壓力大小或受損程度。

研究團隊還表示，這種電子導電碳混凝土有助于儲存可再生能源。太陽能電池板只能在太陽充足時發電，因此夜間或陰天仍需依賴儲存的能源。而采用混凝土電池建造的建筑，可在白天收集并儲存太陽能，之后在需要時釋放電能。這項研究由麻省理工學院EC3中心（MIT EC3 Hub）與麻省理工學院混凝土可持續發展中心（MIT Concrete Sustainability Hub）聯合開展，由阿德米爾·馬希奇（Admir Masic）教授牽頭，達米安·斯特凡紐克（Damian Stefaniuk）、弗朗茨-約瑟夫·烏爾姆（Franz-Josef Ulm）及詹姆斯·韋弗（James Weaver）共同參與完成。

編譯：耿 語（新能源部）

審校：高英博（新能源部）

編輯：耿 語（新能源部）