【炭黑產(chǎn)業(yè)網(wǎng)】10 月 9 日消息，麻省理工學(xué)院(MIT)近期對(duì)外公布一項(xiàng)突破性研究成果 —— 成功研發(fā)出新型導(dǎo)電碳混凝土(electron-conducting carbon concrete，簡(jiǎn)稱 EC3)。這種材料具備類似電池的電能存儲(chǔ)與釋放功能，為建筑領(lǐng)域與能源存儲(chǔ)的跨界融合提供了全新可能，相關(guān)研究成果已于 2025 年 9 月 29 日發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(DOI:10.1073/pnas.2511912122)。
據(jù)了解，該新型導(dǎo)電碳混凝土的能量密度較 MIT 此前研發(fā)的同類材料提升 10 倍，這一關(guān)鍵突破讓 “建筑物變儲(chǔ)能電池” 從概念走向現(xiàn)實(shí)。從成分構(gòu)成來(lái)看，EC3 由水泥、水、超細(xì)炭黑(含納米級(jí)顆粒)及電解質(zhì)共同組成，這些成分在材料內(nèi)部構(gòu)建出導(dǎo)電納米網(wǎng)絡(luò)，正是這一網(wǎng)絡(luò)賦予了材料存儲(chǔ)與釋放電能的核心能力。這意味著，未來(lái)日常生活中常見(jiàn)的墻體、人行道乃至橋梁，都有望在保持建筑功能的同時(shí)，額外承擔(dān)能源存儲(chǔ)任務(wù)，實(shí)現(xiàn) “一物兩用”。
據(jù)炭黑產(chǎn)業(yè)網(wǎng)了解，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀展現(xiàn)了 EC3 的儲(chǔ)能效率提升：2023 年一個(gè)家庭單日用電量，若依賴早期技術(shù)的 EC3 存儲(chǔ)，需約 45 立方米材料;而在采用新的電解質(zhì)配方后，僅需 5 立方米 EC3 即可滿足需求，該體積相當(dāng)于一個(gè)地下室墻體的常規(guī)尺寸，大幅降低了實(shí)際應(yīng)用的空間門檻。同時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)在研究中還發(fā)現(xiàn)了 EC3 導(dǎo)電性能的微觀機(jī)制 —— 通過(guò) FIB-SEM 層析技術(shù)逐層成像觀察，超細(xì)炭黑會(huì)在材料孔隙間形成類似分形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能讓電解質(zhì)充分滲透，進(jìn)而促進(jìn)電流高效流動(dòng)。MIT EC3 Hub 聯(lián)合主任 Admir Masic 強(qiáng)調(diào)，深入理解材料在納米尺度下的 “自組裝” 方式，是賦予其儲(chǔ)能新功能的核心關(guān)鍵。
在應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)優(yōu)化方面，EC3 展現(xiàn)出顯著的靈活性與適應(yīng)性。研究人員測(cè)試多種電解質(zhì)后發(fā)現(xiàn)，海水也可作為有效電解質(zhì)使用，這使得 EC3 在海岸工程、海上風(fēng)電設(shè)施等海洋相關(guān)基建中具備潛在應(yīng)用價(jià)值。此外，團(tuán)隊(duì)還改進(jìn)了電解質(zhì)的加入方式，將其與水直接混合后再進(jìn)行混凝土澆筑，這種工藝調(diào)整能讓材料中的電極更厚、儲(chǔ)能效率更高。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用有機(jī)電解質(zhì)的情況下，1 立方米 EC3 可存儲(chǔ) 2 千瓦時(shí)以上電量，該電量足以支持一臺(tái)冰箱連續(xù)運(yùn)行一整天。
為直觀展示 EC3 的實(shí)用潛力，科研團(tuán)隊(duì)特別建造了一個(gè)小型 EC3 拱門結(jié)構(gòu)。測(cè)試結(jié)果顯示，這個(gè)拱門不僅能正常承受重量、發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)功能，還能為 LED 燈供電;更值得關(guān)注的是，當(dāng)拱門結(jié)構(gòu)受到壓力時(shí)，LED 燈會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，研究人員認(rèn)為這一特性未來(lái)或可用于建筑健康狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步拓展材料的應(yīng)用邊界。
事實(shí)上，EC3 并非首次進(jìn)入實(shí)際測(cè)試階段，此前在日本札幌的試驗(yàn)中，它已被用于加熱人行道，利用自身導(dǎo)熱性融化積雪。而此次 MIT 的最新研究成果，進(jìn)一步拓展了其在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用前景。對(duì)于研發(fā)初衷，論文第一作者 Damian Stefaniuk 表示，推動(dòng)可再生能源轉(zhuǎn)型是核心動(dòng)機(jī)之一，“太陽(yáng)能只能在光照充足時(shí)發(fā)電，那么在夜晚或陰天如何滿足用電需求呢?” 這一問(wèn)題正是團(tuán)隊(duì)探索儲(chǔ)能新材料的重要出發(fā)點(diǎn)。
MIT EC3 Hub 聯(lián)合主任 Franz-Josef Ulm 則補(bǔ)充道，解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵在于找到高效的儲(chǔ)能與釋能方式，“傳統(tǒng)電池依賴稀缺或有害材料，而我們相信 EC3 是一種可行的替代方案”。合著者、康奈爾大學(xué)教授 James Weaver 也對(duì)該技術(shù)的意義給予高度評(píng)價(jià)，他認(rèn)為：“通過(guò)將現(xiàn)代納米科學(xué)與古老的建筑基石(混凝土)結(jié)合，我們正在打開(kāi)一扇新的大門，讓基礎(chǔ)設(shè)施不僅支撐生活，還能為生活供能?！?/p>
