用建房的混凝土板做蓄电池

能否用“100%的太阳能、风能+储能”满足所有的能源需求?直到最近，全世界还在为此争论不休。其实，早就有国家级的实例证明，关键在于要有足够的储能系统。所以，储能技术研究风靡世界。最近，美国《ASME》刊载新泽西州韦斯特菲尔德公司迈克尔·艾布拉姆斯(Michael Abrams)的文章说，可用建房的混凝土板做蓄电池，给间歇性的太阳能光伏“储能”，有点儿使人“喜出望外”……

可再生混凝土可以储存可再生能源发的电

如果我们的家庭和办公室有一天要由间歇性的可再生能源供电，那么可能需要电池在太阳下山、风不吹时用电池保持供电。但蓄电池也有自己“非绿色”的缺点，其中最主要的是生产和运输蓄电池的环境成本。如果我们的家庭和办公室的墙壁能够储能，这些疑虑就会消失。

多亏最近瑞典查默斯理工大学(Chalmers University)博士后研究员张艾玛(Emma Zhang)和这个大学建筑技术部的建筑材料教授唐鲁平(Luping Tang)的工作，我们的房屋结构可能很快就能给我们的家庭提供电力了。

张艾玛现在是瑞典德尔塔公司负责产品开发的高级开发科学家，她创造的一块9 x 9厘米、1厘米厚的可充电混凝土板，能量密度为每平米7 Wh。她说，“如果我们有个100平米的房子，有200平米混凝土墙、嵌板或地板，那就是个潜在的、200平米的混凝土蓄电池，大约每天可储能2 kWh。”

混凝土蓄电池基于托马斯·爱迪生电池的工作原理

这大约是单所房子平均日能耗的7.5 %，而且仅基于第一个原型。张艾玛认为，产能还可加倍甚至三倍。她说，“下一步增加产能非常重要。”

张艾玛试图制造混凝土电池并不是首创。十年前，纽约州立大学布法罗分校(SUNY Buffalo)的材料科学家黛博拉·钟(Deborah Chung)首次尝试了这个概念。但她的电池产生的能量很少(1.42微瓦)，因为它只使用混凝土中的水作为电解质，是不可充电的。张艾玛决定在混合物中添加一些有传导性的东西。她转向了一种也可以用来加固混凝土的产品：碳纤维。她直接在混凝土中加入了切碎的短碳纤维。

她说，“我们测量了砂浆的电导率和可塑性。”“提升电导率，会失去可塑性。”碳纤维的最佳浓度在0.8-0.9 %之间。

这个蓄电池本质上是一种三层混凝土的“三明治”。外层用涂层碳纤维网加强作为电极;阳极侧有铁，阴极侧有镍。张艾玛说，“和托马斯·爱迪生电池的原理完全相同。”“这是个非常强大的系统，可以承受过充和过放电，使用寿命非常长。与此同时，电池的容量低，但由于有大量的混凝土可以使用，这对混凝土蓄电池不是缺点。”

混凝土和碳纤维电池的结构示意图

其结果是个可以重复充电的蓄电池，这一发展可能会使混凝土电池快速走出研究阶段，进入可用性领域。

因电流和电压较低，腐蚀不是问题。她说，至少在一百年内，在最坏的情况下，电极或导电砂浆中碳纤维的腐蚀并不明显。余热也不大可能使任何用户感觉不适。墙壁只会比环境温度高几度，不会使室温上升。

更大的挑战是在建筑物或蓄电池材料在准备退役时如何“再循环”。众所周知，复合材料很难回收利用。她说，“再循环的一个解决方案是粉碎旧的混凝土电池，制造新的混凝土电池。” 最简单的是粉碎，用作浇筑道路的骨料。

下一步是建“一米接一米”的版本，建个“样板”工程。张艾玛说，“我们必须看看它在现实生活中的表现如何。”“我的完美世界、我的梦想是：它能在几年内变为现实。如果其他研究人员对研究这个课题感兴趣，还会发展得更快。”

依据资料：Michael Abrams, Using Concrete to Carry a Charge, ASME, Sep 2, 2021