中國(guó)首創(chuàng)會(huì)發(fā)電的水泥！建筑變身“巨型充電寶”
一道微光從水泥塊中亮起，這塊看似普通的混凝土，正悄然為周?chē)腖ED燈帶提供著電力。這不是科幻電影，而是東南大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里的真實(shí)場(chǎng)景。
在東南大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里，一塊看似普通的水泥板正在創(chuàng)造奇跡——它不僅能發(fā)電，還能儲(chǔ)存電能。2025年5月9日，中國(guó)工程院院士繆昌文團(tuán)隊(duì)發(fā)布了全球首創(chuàng)的仿生自發(fā)電-儲(chǔ)能混凝土，這項(xiàng)突破性技術(shù)有望重新定義未來(lái)的建筑與能源格局。
01 仿生靈感：源于植物根莖的科技革命
這項(xiàng)顛覆性技術(shù)的靈感，并非來(lái)自高深的數(shù)學(xué)公式，而是源于大自然中常見(jiàn)的植物根莖結(jié)構(gòu)。
團(tuán)隊(duì)科研人員、東南大學(xué)教授周揚(yáng)表示：“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(guò)界面選擇性調(diào)控離子通過(guò)?！?/p>
科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用 “雙向冷凍冰模板法” ，精準(zhǔn)復(fù)刻了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)了水泥基材料高強(qiáng)、高韌、高離子導(dǎo)電率的統(tǒng)一。
這種創(chuàng)新方法使水泥同時(shí)具備了建筑材料與能源載體的雙重屬性，將傳統(tǒng)水泥從單純的“結(jié)構(gòu)承載者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳茉淳C合體”。
02 技術(shù)突破：從“耗能”到“產(chǎn)能”的華麗轉(zhuǎn)身
仿生自發(fā)電-儲(chǔ)能混凝土包含兩大核心技術(shù)：自發(fā)電水泥基超材料和自儲(chǔ)電水泥基超級(jí)電容器。
團(tuán)隊(duì)研發(fā)了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。N型熱電水泥的塞貝克系數(shù)達(dá)到-40.5毫伏/開(kāi)，大約是傳統(tǒng)水泥基熱電材料最高值的10倍。
而P型熱電水泥的功率因數(shù)PF值更是傳統(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。
這些數(shù)據(jù)意味著，只要存在溫差，自發(fā)電水泥就能持續(xù)發(fā)電，填補(bǔ)了清潔能源受天氣制約的供應(yīng)缺口。
更令人驚嘆的是，團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了自儲(chǔ)電水泥基超級(jí)電容器，在保持水泥高強(qiáng)度的同時(shí)，將離子導(dǎo)電率提升了6個(gè)數(shù)量級(jí)。
該電容器在2萬(wàn)次充放電循環(huán)后，仍然能保持初始比電容的95%，完全可以與建筑同壽命。
03 性能卓越：強(qiáng)度與韌性的雙重飛躍
這種新型水泥材料不僅在發(fā)電儲(chǔ)能方面表現(xiàn)出色，在力學(xué)性能上也實(shí)現(xiàn)了巨大突破。
與傳統(tǒng)水泥相比，仿生自發(fā)電-儲(chǔ)能混凝土的抗壓強(qiáng)度提升了60%，韌性增強(qiáng)了近10倍，成功破解了傳統(tǒng)熱電材料力學(xué)性能不足的難題。
這種“軟—硬”交替、有序?qū)訝畹奈⒔Y(jié)構(gòu)，是由水泥為主料，加入聚乙烯醇等有機(jī)物，通過(guò)特殊工藝構(gòu)筑而成。
周揚(yáng)教授解釋道：“水泥與聚乙烯醇形成的界面具有離子選擇性，鈣離子容易被界面束縛，而氫氧根離子可以突破界面快速傳遞，從而在水泥層上下表面形成電勢(shì)差。”
04 應(yīng)用前景：重塑未來(lái)能源格局
仿生自發(fā)電-儲(chǔ)能混凝土的應(yīng)用前景極為廣闊，有望在多領(lǐng)域引發(fā)能源革命。
在建筑領(lǐng)域，自發(fā)電、自儲(chǔ)能水泥制成的墻板可使建筑大幅降低對(duì)外部電網(wǎng)的依賴，變身“綠色能量體”?；谔胤N磷酸鎂水泥研發(fā)的儲(chǔ)能材料，制成儲(chǔ)能墻板后可存儲(chǔ)居民住宅約一天的用電量。
在交通場(chǎng)景中，混凝土道面憑借其巨大的表面積，成為可發(fā)電儲(chǔ)電的“零碳”服務(wù)區(qū)。未來(lái)，新能源車(chē)可能無(wú)需充電樁，在路面行駛時(shí)即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電。
在偏遠(yuǎn)地區(qū)，無(wú)人基站、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器等設(shè)備，將能依靠水泥的自發(fā)電特性穩(wěn)定運(yùn)行，有效解決傳統(tǒng)電源供應(yīng)難題。
在低空經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，自供電混凝土跑道既能為飛行器提供無(wú)障礙起降場(chǎng)地，又能在其停留時(shí)極速補(bǔ)充續(xù)航能量，推動(dòng)城市空中交通安全高效發(fā)展。
05 綠色轉(zhuǎn)型：助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)
這項(xiàng)技術(shù)突破，對(duì)于能耗和碳排放量巨大的建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，具有革命性意義。
數(shù)據(jù)顯示，目前我國(guó)建筑全過(guò)程能耗占到全國(guó)能源消費(fèi)總量的45%，碳排放量占全國(guó)排放總量超50%。
繆昌文院士表示，這一成果不僅為“雙碳”目標(biāo)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，也為人類(lèi)綠色智能生活開(kāi)辟無(wú)限可能。
當(dāng)與光伏配套使用時(shí)，這種新材料可提升光伏利用率30%以上，降低用電成本超過(guò)50%，為構(gòu)建新型能源體系、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)助力。
06 中國(guó)創(chuàng)造：從“基建大國(guó)”到“創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)”的縮影
仿生自發(fā)電-儲(chǔ)能混凝土的研發(fā)成功，是中國(guó)從“基建大國(guó)”向“創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)”跨越的生動(dòng)體現(xiàn)。
近年來(lái)，中國(guó)在工程科技領(lǐng)域不斷創(chuàng)新突破，一批代表世界頂尖水平的超級(jí)工程密集建成。
以最近正式完工的花江峽谷大橋?yàn)槔?25米的橋梁高度、1420米的主橋跨徑，實(shí)現(xiàn)了“橫豎都是世界第一”的雙重突破。
這些超級(jí)工程和技術(shù)突破的背后，是我國(guó)在復(fù)雜巨系統(tǒng)工程中的超強(qiáng)組織與協(xié)同能力，以及人才紅利特別是 “工程師紅利”的不斷強(qiáng)化。
未來(lái)，當(dāng)每一棟建筑、每一條道路都能自己發(fā)電儲(chǔ)能，城市將變成一個(gè)巨大的“充電寶”。這不僅是一場(chǎng)材料革命，更是一次能源革命。
從模仿自然到超越自然，中國(guó)科技正以驚人的速度改變我們的生活，為人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)提供中國(guó)方案。
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