儲(chǔ)能大突破!全新超級(jí)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(jiàn)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(chǔ)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(jí)電容器(電池的替代品)，從而可以儲(chǔ)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(dòng)的情況下保持穩(wěn)定，從而促進(jìn)太陽(yáng)能、風(fēng)能和潮汐能等可再生能源的使用。

　　例如，研究人員說(shuō)，他們的超級(jí)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(chǔ)存一整天的能量，而基礎(chǔ)的成本很少(或根本沒(méi)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(dòng)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(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。

　　電容器原則上是非常簡(jiǎn)單的裝置，由浸沒(méi)在電解液中的兩個(gè)導(dǎo)電板組成，并由膜隔開(kāi)。當(dāng)對(duì)電容器施加電壓時(shí)，來(lái)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(chǎng)，電容器就帶電了。這兩個(gè)板可以維持這對(duì)電荷很長(zhǎng)一段時(shí)間，然后在需要時(shí)非常迅速地提供它們。超級(jí)電容器就是能夠儲(chǔ)存超大容量電荷的電容器。

　　電容器能儲(chǔ)存的電量取決于其導(dǎo)電板的總表面積。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新型超級(jí)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(huì)生出較小的分支，而這些分支會(huì)生出更小的分支，以此類推，最終在相對(duì)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(kāi)，形成一個(gè)非常強(qiáng)大的超級(jí)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(huì)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(shuō)，由這種材料制成的超級(jí)電容器在幫助世界向可再生能源過(guò)渡方面具有巨大的潛力。無(wú)排放能源的主要來(lái)源，如風(fēng)能、太陽(yáng)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(chǔ)存電力的方法是必不可少的。

　　“對(duì)大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求非常大，而現(xiàn)有的電池過(guò)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(wú)處不在。”他們說(shuō)。

　　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(chǔ)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(chǔ)存太陽(yáng)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(jí)電容器的充放電速度比電池快得多。

　　研究人員還說(shuō)，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(jí)電容器上的太陽(yáng)能電池板供電。

　　他們說(shuō)，該系統(tǒng)是非常可擴(kuò)展的，因?yàn)槟芰看鎯?chǔ)容量是電極體積的直接函數(shù)。“你可以把1毫米厚的電極變成1米厚的電極，通過(guò)這樣做，基本上你可以擴(kuò)展能量存儲(chǔ)容量，從點(diǎn)亮一個(gè)LED幾秒鐘，到為整個(gè)房子供電”。

　　來(lái)源：財(cái)聯(lián)社 作者：黃君芝