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全球首個可充電水泥基電池概念 混凝土建築變成一座巨型電池

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科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2021年5月19日

圖、全球首個可充電水泥基電池概念
 
假如將整個20層高的混凝土建築,變成一座巨型電池能儲存電力或能量,豈不是太棒了。由瑞典查爾默斯理工大學(Chalmers University of Technology) 建築與土木工程研究團隊,最近發表了一篇文章,概述了由水泥製成的可充電電池的新概念,已經成功地開發了世界首創的可充電水泥基電池(rechargeable cement-based battery),已經過大量實驗而展示原型。
 
該可充電水泥基電池概念首先以一種水泥基混合物,其中添加了少量的短碳纖維以增加導電性和抗彎韌性。然後,將嵌入金屬的碳纖維網布嵌入混合物中,其中鐵為陽極,鎳為陰極,已經過大量實驗。
 
由Tang Luping和Emma Zhang領導團隊,生產了一種可充電的水泥基電池原型,在六個充電和放電循環中,其平均能量密度為每平方米7瓦時(或每升0.8瓦時)。他們測試了電極的幾種組合,發現鐵陽極和鎳基氧化物陰極產生了最佳結果。通過添加短碳纖維,以不同的比例進行試驗,可以找到約0.5%碳纖維的最佳混合物,從而提高了水泥基混合物對電解質的電導率。能量密度用於表示電池的容量,以適度的估計出,新的查爾默斯電池(Chalmers battery)的性能可能是早期混凝土電池的十倍以上。與商用電池相比,能量密度仍然很低,但是由於在建築物中使用時可構造出巨大的電池體積,因此可以克服此限制。
 
解決儲能問題成為潛在關鍵。電池具有可充電性是很重要的,尤其向商業化推廣。儲能顯然是可能的,而監控則是另外一個可能性。未來應用範圍很廣,包括為LED供電、在偏遠地區提供4G連接或在混凝土基礎設施中進行陰極腐蝕防護。若它還可以與太陽能電池板結合使用,以提供電力並成為高速公路或橋樑監控系統的能源,在高速公路或橋樑中,由混凝土電池驅動的感測器可以檢測到裂縫或腐蝕問題。
 
然而,這個概念還處於初期,若要將該技術商業化之前,可能要解決的技術問題包括延長電池的使用壽命以及開發回收技術。由於,混凝土基礎設施通常可以使用五十年甚至一百年,因此需要對電池進行精修以使其符合要求,或者在使用壽命結束時更易於更換和回收。目前,這是一個重大挑戰從技術的角度來看,
 
該研究發表於科學雜誌《Buildings》文章“Rechargeable Concrete Battery”(https://doi.org/10.3390/buildings11030103)。該研究項目由瑞典能源署(Energimyndigheten)資助。
 
將水泥與其他成分混合而形成的混凝土,是世界上最常用的建築材料。從可持續性的角度來看,加入添加物混和的潛力可能會提供一個新的思維。從建築材料尋找未來的新能源,對可持續建築材料的不斷增長的需求給永續能源替代解決方案帶來了巨大的革命性挑戰。(772字;圖1)
 

參考資料:
World first concept for rechargeable cement-based batteries. The Brighter Side of News, 2021/5/18.  


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