水泥能发电还能储电?我国科学家最新成果公布
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2025-05-10 15:10:55
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东大新闻网消息,5月9日,中国工程院院士、东南大学缪昌文教授,周扬教授团队最新科研成果——全球首创的仿生自发电-储能混凝土正式亮相发布。该颠覆性技术直击建筑行业高能耗痛点,以水泥为载体开辟全新能源路径,有望重塑未来建筑与能源格局。

如今,在建筑能耗占全国总能耗45%、碳排放超50%的严峻背景下,传统光伏能源受天气制约、储能成本高昂的短板愈发凸显。东南大学科研团队依托重大基础设施工程材料全国重点实验室,在国家自然科学基金首批原创-探索项目的资助下,研发成功了仿生自发电-储能混凝土。该成果涵盖自发电水泥基超材料、自储电水泥基超级电容器两大技术模块,将水泥从“能源消耗者”变为“能源综合体”,实现了自发电与自储能的双重突破。

团队研发了N型热电水泥和P型热电水泥两种自发电水泥基超材料,性能远超传统材料。其中,N型热电水泥塞贝克系数达-40.5mV/K,是传统水泥基热电材料最高值的约10倍;P型热电水泥功率因数PF值是传统水泥基热电材料最高值的51倍,ZT值为传统水泥基热电材料最高值的42倍。值得关注的是,自发电水泥基超材料只要存在温差就能持续发电,填补了清洁能源受天气制约的供应缺口。此外,其在力学性能上同样表现优异,抗压强度提升60%、韧性增强近10倍,破解了传统热电材料力学性能不足的难题。

团队研发的自储电水泥基超级电容器,在保持水泥高强度的同时,将离子导电率提升了6个数量级,具有良好的电化学可逆性与快速的电荷转移能力,20000次充放电循环后,仍能保持其初始比电容的95%,耐久性远超现有电池材料。在此基础上,团队进一步基于特种磷酸镁水泥研发储能材料,离子电导率高达101.1mS/cm,超越现有商用固态电池材料。经测算,如若将其制成储能墙板,可存储居民住宅约一天的用电量,与光伏配套使用,能提升光伏利用率30%以上,降低用电成本超过50%。

据介绍,团队这两项创新成果的核心灵感源于对植物根茎的深度观察。自然界中,植物维管组织的层状木质结构不仅强韧,还能为离子传输提供“高速通道”,并通过界面选择性调控离子通过。受此启发,团队运用双向冷冻冰模板法,复刻植物维管的微观形态,并向层间孔隙填充柔性材料,实现水泥基材料高强、高韧、高离子导电率的统一,让水泥兼具建筑材料与能源载体的双重属性。

据悉,仿生自发电-储能混凝土应用前景广阔,有望重塑多个领域的能源格局。在建筑领域,自发电、自储能水泥制成的墙板可使建筑大幅降低对外部电网的依赖,变身“绿色能量体”;在交通场景中,混凝土道面凭借其巨大的表面积,成为可发电储电的“零碳”服务区,未来新能源车无需充电桩,在路面行驶即可无线充电;在偏远地区,无人基站、环境监测传感器等设备,将能依靠水泥的自发电特性稳定运行,有效解决传统电源供应难题;在低空经济领域,自供电混凝土跑道既能为飞行器提供无障碍起降场地,又能在其停留时极速补充续航能量,推动城市空中交通安全高效发展。

缪昌文表示,在全球朝着碳达峰、碳中和目标迈进的当下,水泥混凝土材料正不断改写传统建材“结构承载-能源消耗”的单一属性,朝着绿色低碳、多功能、可持续的方向发展,构建“材料-能源-环境”协同发展的新范式。东南大学科研团队的这项研究成果,不仅为“双碳”目标提供关键技术支撑,更预示着未来建筑将从“环境负担”转变为“生态伙伴”,为人类绿色智能生活开辟无限可能。

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