博主：经济和社会可持续发展的关键是能量的获取和利用，如何把能量如电能有效存储起来，是今天全世界都在重点克服的问题。所谓新能源概念，最大挑战就是能源的存储问题。如何制造高效率电池是这种问题的一种解决策略。有人提出一种概念，就是利用我们广泛使用的水泥作为基础材料，制造出无所不在的电池建筑材料，如此将可以把我们的建筑物如房子和道路都改造成为电池，这显然可以克服寻找高能量密度的困境，或许成为未来能量的一种理想或互补策略。

Electrified cement could turn houses and roads into nearly limitless batteries | Science | AAAS

特斯拉的Powerwall是一种四四方方的壁挂式锂离子电池，可以为你的家供电半天左右。但是，如果您的家是电池呢？

研究人员提出了一种使用廉价而丰富的材料在水泥中储存电力的新方法。如果扩大规模，水泥可以在家庭的混凝土地基中容纳足够的能量，以满足其日常电力需求。进一步扩大规模，电气化道路可以在电动汽车行驶时为其提供动力。如果科学家能够找到一种方法来廉价地做到这一点，那么这一进步可能会提供几乎无限的能力来储存来自间歇性可再生能源（如太阳能和风能）的能量。

到目前为止，水泥设备很小，只够为几个LED灯泡供电。但扩大规模的努力已经在进行中。“如果他们能够在更大的规模上实现这一目标，那将是一项非常有吸引力的技术，”伦敦帝国理工学院的机械工程师Sang Nguyen说，他没有参与这项工作。

水泥装置是一种称为超级电容器的简化电池。它们由两个由离子导电电解质和薄膜隔开的导电板组成。当设备充电时，来自电解质的带正电荷的离子积聚在一块板上，而带负电的离子积聚在另一块板上。

功率存储量取决于超级电容器导电板的总表面积。几十年来，研究人员一直试图将它们融入结构材料中，例如道路和建筑物中使用的混凝土，或汽车和飞机车身中使用的碳复合材料。与当今最好的电池不同，超级电容器通常使用不易燃的电解质，使其更安全。

问题在于水泥是混凝土的主要成分，通常是一种不良的电导体。因此，近年来，几个小组通过在水泥中加入高导电形式的碳（如石墨烯或碳纳米管）来制造结构超级电容器。虽然这些成分表现良好，但水泥行业大量使用的成分昂贵且难以生产，麻省理工学院（MIT）的土木工程师Franz-Josef Ulm指出。

为了寻找更便宜的替代品，乌尔姆和他的同事们转向了一种古老的碳粉形式，称为炭黑，自古以来就被用作黑色颜料。炭黑价格便宜，全球丰富，导电性也很高。

乌尔姆和他的团队将一小部分炭黑与水泥粉混合并加水。水很容易与水泥结合。但是由于炭黑颗粒排斥水，它们倾向于聚集在一起，在硬化水泥中形成长而相互连接的卷须，就像一个电线网络。

乌尔姆和他的同事将这种有线水泥切割成小板，创造出1毫米厚，1厘米宽的超级电容器，大约是一个按钮的大小。在添加膜，由氯化钾（一种简单的盐）制成的电解质和水后，研究人员密封了三明治结构。然后，当他们将电线连接到板上并拨动开关时，水泥超级电容器点亮了一系列LED灯。

如果用炭黑水泥制造45立方米的混凝土体积 - 大约相当于标准房屋地基中使用的量 - 它可以储存10千瓦时的能量，足以为普通家庭供电一天，该团队今天在《美国国家科学院院刊》上报道。如果使用相同的方法来建造道路、停车场或车道，电气化混凝土可以储存可再生能源，并通过感应充电器将其输送到电动汽车。一种方法可能是通过嵌入道路的铜线圈向汽车的底部输送电力，这有点像无线充电器为智能手机充电的方式。德国和荷兰已经在开发这种技术。

通过为更昂贵的电池提供更便宜的替代品，电气化水泥还可以使发展中国家更负担得起可再生能源的储存，麻省理工学院的化学家，一项研究的合著者Admir Masic说。“这使我们进入了一个新的储能空间，价格在世界任何地方都可以接受。

为了取得成功，研究人员需要扩大纽扣大小的板。这样做并非易事，Nguyen指出。随着超级电容器变大，它们的电导率通常会下降，这使得从中注入和提取能量变得更加困难。乌尔姆指出，一种解决方案是简单地在混合物中添加更多的炭黑，但不要太少，以免削弱水泥的结构完整性。对于结构混凝土，研究人员发现他们可以添加高达10%的炭黑，而不会损害其强度。乌尔姆表示，该集团已为其技术申请专利，现在正在努力扩大其规模，以匹配12伏汽车电池的输出。