Andrew 2025-10-03 16:48 河南
混凝土这一筑就现代城市的基础材料，如今正迈出新的一步，或将承担起“储能”的全新使命。 近日，麻省理工学院（
混凝土这一筑就现代城市的基础材料，如今正迈出新的一步，或将承担起“储能”的全新使命。 近日，麻省理工学院（MIT）研究团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表论文，宣布其研发的“电子导电碳混凝土”（Electron-Conducting Carbon Concrete，简称 ec³）在能量存储方面取得重大突破。这种材料通过在传统水泥和水中引入超细碳黑纳米颗粒与电解质，能够在混凝土内部形成一种导电“纳米网络”，使得墙壁、人行道甚至桥梁未来都有望兼具储能功能，成为“巨型电池”。 早在 2023 年，研究人员就提出，若要让混凝土储存足够电能以满足一户普通家庭的一天用电需求，大约需要 45 立方米的 ec³，相当于一座典型地下室的体量。而在最新成果中，通过优化电解质种类与添加工艺，团队成功将所需体积缩减至仅 5 立方米，大致等于一面普通地下室墙壁的体积。换句话说，储能密度提升了一个数量级。
原文链接：https://news.mit.edu/2025/concrete-battery-now-packs-ten-times-power-1001
MIT 土木与环境工程系副教授、EC³ Hub 联合主任阿德米尔·马西奇（Admir Masic）表示：“混凝土的可持续性关键在于开发‘多功能混凝土’，让它不仅是建筑材料，还能实现储能、自愈和碳捕集等功能。既然混凝土已是全球最常用的建材，为什么不借此规模来创造更多价值呢？” 研究人员利用 FIB-SEM 层析技术（即离子束逐层切割与扫描电镜成像结合），首次在纳米尺度上重建了 ec³ 内部的导电网络。他们发现，碳黑颗粒在混凝土孔隙周围形成了类似分形的“蜘蛛网”结构。这种结构既能被电解质充分渗透，又能让电流顺畅流动，从而显著增强储能性能。 正是基于对这种纳米网络的深入理解，团队进一步探索了不同电解质及其浓度的影响。研究发现，适用范围很广，甚至包括海水。这意味着 ec³ 在近海和海洋环境中或许大有用武之地，例如作为海上风电的支撑结构。 此前，研究人员通常先让 ec³ 电极固化，再通过浸泡方式将电解质注入。但这种方式渗透效率有限。此次团队改为在拌制混凝土时直接将电解质加入拌水中，省去了后续步骤，使得电解质能自然均匀分布在材料内部。这样不仅提高了效率，也允许浇筑更厚的电极，从而增加储能容量。 在电解质选择上，团队发现，当使用以季铵盐（常见于消毒剂等日常产品）与乙腈（常用工业导电液体）为基础的有机电解质时，性能提升最为显著。一个立方米的这种 ec³，约等于一台冰箱的体积，能够存储超过 2 千瓦时的能量——足以维持真实冰箱运行一整天。 虽然 ec³ 的能量密度仍不及传统电池，但它的独特优势在于可直接融入建筑结构本身，无论是地板、墙体，还是拱顶与穹窿。只要建筑存在，储能功能也随之延续，大大减少了后期维护与更换需求。 马西奇教授提出类比：“古罗马人在混凝土建造上曾取得辉煌成就。至今仍屹立不倒的万神殿，未加钢筋却依然坚固。如果我们延续这种结合材料科学与建筑美学的精神，或许正站在一场‘多功能混凝土’建筑革命的门槛上。” 研究团队还制作了一座微型 ec³ 拱门，在 9 伏电压下既能承重，又能点亮 LED 灯。有趣的是，当拱门负载增加时，灯光会出现闪烁。这提示了应力与电流分布间的潜在关联，意味着未来或许能利用这种“波动”实现结构自监测——当遭遇风荷载等外力时，建筑本身能通过电信号反馈出健康状况。 事实上，ec³ 已在现实中有所应用。在日本札幌，当地曾利用其导热性能建造加热人行道，以取代传统撒盐除冰方式。而随着储能能力提升，应用前景更加广阔。研究团队设想的场景包括：停车场与道路，可为电动汽车提供无线充电；住宅与社区，房屋墙体储能，使家庭实现“离网运行”；基础设施，桥梁、地铁甚至城市广场，成为分布式储能网络的一部分。 MIT 研究科学家、论文第一作者达米安·斯特凡纽克（Damian Stefaniuk）指出：“我们的初衷之一就是助力可再生能源转型。太阳能效率已大幅提升，但发电依赖日照。夜间和阴天如何满足能源需求？答案就是储能。而 ec³ 能在不依赖稀缺或有害材料的前提下，提供解决方案。” EC³ Hub联合主任、MIT教授弗朗茨-约瑟夫·乌尔姆（Franz-Josef Ulm）补充说：“以往的储能主要依靠电池，但电池制造往往涉及稀缺甚至有害物质。我们认为，ec³ 能作为可行替代，让建筑和基础设施直接承担储能功能。” 康奈尔大学材料与设计技术副教授、论文合著者詹姆斯·韦弗（James Weaver）总结道：“混凝土是古老的建材，而我们证明它可以承担全新的功能。通过将现代纳米科学与人类文明最基础的材料结合，我们正在打开一扇大门，让未来的基础设施不仅承载生活，更为生活供能。” 随着研究不断深入，电子导电碳混凝土有望成为能源转型与智慧城市建设的重要一环。从罗马万神殿的永恒拱顶，到未来能自发光、可充电的现代建筑，人类或许正在迎来一场前所未有的建筑与能源革命。
