水泥和炭黑制成新型超级电容器

2023-08-02 09:56  来源:科技日报  浏览:  

图片来源:麻省理工学院

美国麻省理工学院的一项新研究表明,人类拥有的最普遍且历史悠久的两种材料——水泥和炭黑,可能是构成一种新的、低成本储能系统的基础。以特定的方式将它们结合在一起,会得到一种导电纳米复合材料。该技术可促进太阳能、风能和潮汐能等可再生能源的使用,使能源网络在可再生能源供应波动的情况下保持稳定。相关论文1日发表在《美国国家科学院院刊》上。

研究人员发现,这两种材料可与水结合制成超级电容器(电池的替代品)以存储电能。超级电容器可被安装到房屋的混凝土地基中,在那里它可储存一整天的能量。研究人员设想,将来建设一条混凝土道路,在电动汽车行驶时为其提供非接触式充电。

电容器可储存的电量取决于其导电板的总表面积。该团队开发的新型超级电容器的关键是一种生产水泥基材料,这种材料具有极高的内表面积,其体积内有致密、相互连接的导电材料网络。研究人员将高导电性的炭黑与水泥粉和水一起制成混凝土,并让其固化。

研究团队计算出,一块45立方米大小的纳米炭黑掺杂混凝土块将有足够的容量储存约10千瓦时的能量,这通常是一个家庭的日平均用电量。由于混凝土可保持其强度,因此以这种材料为基础的房屋可储存太阳能电池板或风车一天产生的能量,并可在需要的时候使用。而且,超级电容器的充放电速度比电池快得多。

随着可再生能源的应用越来越多,人们对新型储能技术的渴求也越来越强烈。可再生能源波动性大,有时太多,有时太少,需要储能系统对能源和需求进行匹配。本文提到的新研究发现,众里寻他千百度,原来低成本储能系统就在灯火阑珊处——我们最为熟悉且历史悠久的水泥和炭黑就可以制成超级电容器!价格低廉、无处不在,而且还能变换多种形态,比如铺成道路,砌成房屋。这种新型储能系统可帮助可再生能源得到更广泛的应用。

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