科技日報(bào)訊 （記者金鳳 通訊員吳涵玉）水泥能發(fā)電，還能儲(chǔ)電？5月9日，中國工程院院士、東南大學(xué)教授繆昌文團(tuán)隊(duì)發(fā)布全球首創(chuàng)的仿生自發(fā)電—儲(chǔ)能混凝土。該技術(shù)直擊建筑行業(yè)高能耗痛點(diǎn)，以水泥為載體開辟全新能源路徑，有望重塑未來建筑與能源格局。
數(shù)據(jù)顯示，目前我國建筑全過程能耗占到全國能源消費(fèi)總量的45%，碳排放量占全國排放總量超50%。同時(shí)，光伏發(fā)電受天氣制約且儲(chǔ)能成本高昂。
對此，東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出N型熱電水泥和P型熱電水泥兩種自發(fā)電水泥基超材料，試圖將水泥從“能源消耗者”變?yōu)椤澳茉淳C合體”。
“其中，N型熱電水泥塞貝克系數(shù)達(dá)-40.5毫伏/開，大約是傳統(tǒng)水泥基熱電材料最高值的10倍；P型熱電水泥功率因數(shù)PF值是傳統(tǒng)水泥基熱電材料最高值的51倍，ZT值為傳統(tǒng)水泥基熱電材料最高值的42倍。”團(tuán)隊(duì)科研人員、東南大學(xué)教授周揚(yáng)介紹，自發(fā)電水泥基超材料只要存在溫差就能持續(xù)發(fā)電，這填補(bǔ)了清潔能源受天氣制約的供應(yīng)缺口。此外，其抗壓強(qiáng)度提升60%、韌性增強(qiáng)近10倍，破解了傳統(tǒng)熱電材料力學(xué)性能不足的難題。
團(tuán)隊(duì)還研發(fā)出自儲(chǔ)電水泥基超級電容器，在保持水泥高強(qiáng)度的同時(shí)，將離子導(dǎo)電率提升6個(gè)數(shù)量級，使其具有良好的電化學(xué)可逆性與快速的電荷轉(zhuǎn)移能力，2萬次充放電循環(huán)后，仍然能保持初始比電容的95%，可與建筑同壽命。
“這一發(fā)現(xiàn)的靈感源于我們對植物根莖的觀察。自然界中，植物維管組織的層狀木質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅強(qiáng)韌，還能為離子傳輸提供高速通道，并通過界面選擇性調(diào)控離子通過。”周揚(yáng)說，團(tuán)隊(duì)運(yùn)用雙向冷凍冰模板法，復(fù)刻植物維管的微觀形態(tài)，并向?qū)娱g孔隙填充柔性材料，實(shí)現(xiàn)水泥基材料高強(qiáng)、高韌、高離子導(dǎo)電率的統(tǒng)一，讓水泥兼具建筑材料與能源載體的雙重屬性。
繆昌文表示，水泥混凝土材料正不斷改寫傳統(tǒng)建材“結(jié)構(gòu)承載—能源消耗”的單一屬性，成果不僅為“雙碳”目標(biāo)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，也為人類綠色智能生活開辟無限可能。
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