想象一下整个20层的混凝土建筑，它可以像一个巨大的电池一样储存能量。得益于瑞典查尔莫斯理工大学的独特研究，这样的愿景有朝一日可能会成为现实。建筑和土木工程系的研究人员最近发表了一篇文章，概述了一种由水泥制成的可充电电池的新概念。信用:Yen Strandqvist/ Chalmers工业大学想象一下，一整栋20层的混凝土建筑可以像巨型电池一样储存能量。比起瑞典查尔莫斯理工大学的独特研究，这一愿景有朝一日可能会成为现实。建筑和土木工程系的研究人员最近发表了一篇文章，概述了一种由水泥制成的可充电电池的新概念。对可持续建筑材料日益增长的需求给研究人员带来了巨大的挑战。前瑞典查尔莫斯理工大学的艾玛·张博士几年前加入了唐璐萍教授的研究小组，寻找未来的建筑材料。他们现在共同开发了世界上第一个可充电水泥基电池的概念。
这一概念包括一种水泥基混合物，其中添加了少量短碳纤维，以提高导电性和弯曲韧性。嵌入混合物中的是金属涂层碳纤维网——阳极是铁，阴极是镍。经过大量实验，这就是研究人员现在展示的原型。
“早期研究混凝土电池技术的结果显示性能非常低，所以我们意识到我们必须跳出框框思考，想出另一种方法来生产电极。我们开发的这个特殊的想法——也是可充电的——以前从未被探索过。现在，我们有了实验室规模的概念证明，”艾玛·张解释道。
唐璐萍和艾玛·张的研究已经生产出一种可充电的水泥基电池，其平均能量密度为每平方米7瓦特小时(或每升0.8瓦特小时)。能量密度被用来表示电池的容量，一个适度的估计是，新的查尔莫斯电池的性能可能是早期混凝土电池尝试的10倍以上。与商用电池相比，能量密度仍然较低，但这种限制可以克服，这是由于电池在建筑中使用时可以构造成巨大的体积。
解决储能问题的潜在关键
电池可充电这一事实是其最重要的品质，如果这一概念得到进一步发展，其应用将具有开创性。储能是一种明显的可能性，监控是另一种可能性。研究人员看到了从给发光二极管供电、在偏远地区提供4G连接，到混凝土基础设施防腐的阴极保护等应用。
研究人员开发的电池原型。学分:查尔莫斯理工大学“它还可以与太阳能电池板耦合，例如，提供电力，并成为高速公路或桥梁监控系统的能源，在这些系统中，由混凝土电池运行的传感器可以检测裂缝或腐蚀，”艾玛·张建议道。
以这种方式使用结构和建筑的概念将通过提供大量的能量储存为能源危机提供替代解决方案。
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筑材料。从可持续发展的角度来看，这远非理想，但增加动力功能的潜力可以提供一个新的维度。艾玛·张说，“我们有一个愿景，在未来，这项技术可以让多层建筑的整个部分由功能混凝土制成。考虑到任何混凝土表面都可能嵌入一层这种电极，我们谈论的是大量的功能混凝土。”
使用寿命方面仍然存在挑战
这个想法还处于非常早期的阶段。在该技术商业化之前，有待解决的技术问题包括延长电池的使用寿命和开发回收技术。“由于混凝土基础设施通常可以使用50年甚至100年，因此需要对电池进行改进以适应这种情况，或者在使用寿命结束后更容易更换和回收。就目前而言，从技术角度来看，这是一个重大挑战。
唐璐萍总结道:“我们相信，这一概念将为未来建筑材料增加可再生能源等功能做出巨大贡献。
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