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砖头也能变电池?储能研究揭最新纳米科技 关键因素在“多孔”

来源:环境资讯中心 作者:姜唯 林大利 人气: 发布时间:2020-08-19 11:10:14

根据卫报报道,最新的纳米科技已经能把不起眼的砖块变成可以储电的电池,未来的建筑物也许能成为真正的发电厂。

这项刊登于《自然通讯(Nature Communications)》期刊的新技术,充分利用红砖多孔的特性,将砖头中的孔隙用微小的导电塑胶纳米纤维填满以储存电荷。在首次尝试中,这些砖块所储存的电力能点亮小灯。如果可以增加容量,有机会成为锂离子电池的低成本替代品。

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最新的纳米科技已经能把不起眼的砖块变成可以储电的电池,未来的建筑物也许能成为真正的发电厂。照片来源:Alan Levine(CC BY 2.0)

储电砖属于超级电容 充电和放电速度远快于电池 但储存能量少

严格来说,这些储电砖算是超级电容,而非电池。超级电容将电能以静电荷形式储存在固体中,而不是像电池那样透过化学反应储存。超级电容的优点是充电和放电速度远快于电池,但是目前为止,它们只能储存少量能量。

全世界的研究人员都在努力提高超级电容的能量密度和电池的充电速度。寻找更好的储电方式是因应气候危机的关键,如此才能储存大量但间歇性的再生能源。

研究团队成员之一、美国圣路易斯华盛顿大学学者达西(Julio D′Arcy)说:“住宅屋顶上的太阳能模块必须将电力储存在某个地方,通常就是电池。我们的研究很有启发性,但还不成熟。”

首批储电砖的能量密度仅为锂电池能量密度的1%。达西认为,可以透过添加金属氧化物之类的材料,将砖头储存的电荷增加10倍,如果成功将带来巨大的商业机会。

最终目标是让储电砖的能量密度逼近锂电池。达西说:“如果做得到,这项技术会比锂电池便宜得多,锂电池将从此消失。”

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图f显示,超级电容的储电砖成功点亮一盏绿色LED灯。照片来源:《自然通讯》期刊

探讨建筑物中的能量储存时 多数人关注在热能 其实电能也有其潜力

英国伦敦大学学院电化学工程学教授布雷特(Dan Brett)表示:“探讨建筑物中的能量储存时,人们大多关注以热能的形式储存。这项研究显示,电能也有其潜力,虽然距离所谓超级电容还很遥远,但原理已经得到证明,还很有改进的空间。”

研究人员利用化学蒸气与砖中的红色氧化铁反应,形成塑胶纳米纤维网,制造出了储电砖的小型原型。其中使用的塑胶是一种叫做“Pedot”的特殊塑胶,因为它是很好的导电体。反应使红砖变成深蓝色。

超级电容的另一个优点是充电次数可以比电池多得多。在储电砖的容量明显下降之前,可以循环1万次。

第一次尝试时,砖头储存的电荷少到连直接触摸都无感。但是将储电砖堆成一堵墙后,就要用到绝缘涂层了。科学家们使用环氧树脂来示范,这让储电砖甚至可以在水下作用。

达西说,用于制造储电砖的化学反应可能会略微影响其结构强度。不过,今日砖头在建筑中最常见的用途是装饰性的墙壁。

除了储电砖 也有利用重力、将空气压缩成液体等其他储能研究

锂电池的成本自2010年以来已暴跌90%,抽蓄发电在有山的地方也很有效,但是储存大量电能仍然是一个挑战,促使人们寻找替代品。

有一家公司利用重力来储存能量,方法是将大砖块堆栈在塔中,透过将砖块扔回地面释放能量。运用配重和竖井的类似方案也正在发展中。

将空气压缩成液体来储能是另一种选择。英国曼彻斯特附近正在兴建一座大型工厂。有些专家支持氢气,氢气可以用再生能源分解水来生产。

(编辑:Nicola)

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