據(jù)西班牙《機密報》網(wǎng)站日前報道，幾十年來，人類一直在地球上尋找稀土來制造電池，為我們的可再生電力和電動汽車之夢提供動力。近年來，鑭系元素、釔和鈧等金屬一直是地緣政治活動的真正主角。但最近，一項令人著迷的新發(fā)現(xiàn)可能徹底改變世界能源格局。這一新發(fā)現(xiàn)是一種超級電容器，換句話說，就是一種電池。它由水泥、炭黑和水制成，這三種原料很常見。

最新一期的美國《國家科學(xué)院學(xué)報》周刊詳細(xì)介紹了這一前景廣闊的裝置是如何工作的。參與這項研究的研究人員阿德米爾·馬希奇表示：“當(dāng)你把這些材料以特定方式結(jié)合在一起時，你就得到了一種導(dǎo)電納米復(fù)合材料：這就是事情變得真正有趣的時候。”

電容器是非常簡單的裝置。它們由浸入電解質(zhì)中的兩塊導(dǎo)電板組成，中間由薄膜隔開。在電容器上施加電壓時，電解質(zhì)中帶正電的離子積聚在帶負(fù)電的板上，帶負(fù)電的離子則積聚在帶正電的板上。由于帶電離子無法穿越薄膜，被分開的帶電離子會形成電場，導(dǎo)致電容器充電。兩塊板可以長時間積聚電荷，然后在需要時快速釋放。電容器可以存儲的電量取決于導(dǎo)電板的表面積。

美國麻省理工學(xué)院開發(fā)的上述新型超級電容器的關(guān)鍵不僅在于使用的材料，還在于技術(shù)：研究人員將高導(dǎo)電性炭黑混入混凝土混合物(水泥粉末加水)中，然后靜置。當(dāng)水與水泥發(fā)生作用時，水在相應(yīng)結(jié)構(gòu)中自然而然地形成了一個樹枝狀網(wǎng)絡(luò)，碳則遷移到這些空間中，在硬化的水泥中形成線狀結(jié)構(gòu)。這些線狀結(jié)構(gòu)具有類似分形的結(jié)構(gòu)：較大的分支會生出較小的分支，較小的分支則會生出更小的分支，以此類推，最終在體積相對較小的有限空間內(nèi)形成非常大的表面積。然后，他們將這種材料浸入常規(guī)電解質(zhì)(例如氯化鉀)中，其結(jié)果是，由這種材料制成的兩塊電極在被絕緣層隔開后，形成了一種超級電容器。

馬希奇說：“隨著混合物的固化，水泥中的水化反應(yīng)系統(tǒng)地消耗了水分，而這種水化反應(yīng)主要影響碳納米顆粒，因為它們具有疏水性。炭黑則會形成一條導(dǎo)電線。”最重要的是，只需使用在地球上任何地方都能獲得的這些廉價材料，就能輕易復(fù)制這一過程。

能源儲存問題是可再生能源的致命弱點。太陽能電池板能在陽光普照時發(fā)電，但在人們急需點亮燈泡時卻不能發(fā)電。因此，人們對電池和大型儲能裝置情有獨鐘。麻省理工學(xué)院研究人員提出的這一解決方案并非“萬靈藥”，但它可以填補居民家庭用電方面的缺口。2022年，居民家庭用電量約占西班牙全國總用電量的25%。隨著越來越多的電動汽車被納入電網(wǎng)，這一數(shù)字未來無疑還會增長。

水泥因其生產(chǎn)過程會產(chǎn)生二氧化碳，通常被視為應(yīng)對氣候變化努力的“敵人”，但它有望在應(yīng)對氣候變化的斗爭中發(fā)揮積極作用，可能有助于減少家庭照明和空調(diào)系統(tǒng)對化石燃料的需求。

麻省理工學(xué)院的研究人員表示，他們的超級電容器未來可以安裝在房屋或風(fēng)力渦輪機的混凝土地基中，以方便儲能。