在建筑能耗與碳排放居高不下的背景下，東南大學(xué)繆昌文院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的仿生自發(fā)電——儲(chǔ)能混凝土技術(shù)，將傳統(tǒng)水泥變?yōu)榧婢甙l(fā)電與儲(chǔ)能功能的“綠色能量體”，實(shí)現(xiàn)了建材與能源載體的完美融合。

這項(xiàng)有望顛覆傳統(tǒng)能源格局、重塑未來能源版圖的“黑科技”，其創(chuàng)新原理究竟為何？技術(shù)優(yōu)勢(shì)又有哪些？應(yīng)用前景有多廣闊？要真正從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，又有哪些亟待攻克的挑戰(zhàn)？下面一一道來。

三大核心技術(shù)解析

1儲(chǔ)能混凝土技術(shù)靈感源于植物根莖結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)水泥不導(dǎo)電、不導(dǎo)離子，研究人員通過“雙向冷凍冰模板法”構(gòu)建類似植物維管組織的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，填充柔性導(dǎo)電材料，形成連續(xù)離子傳輸路徑。這種設(shè)計(jì)使離子能在材料內(nèi)部自由移動(dòng)，外殼保持絕緣安全，實(shí)現(xiàn)了高離子電導(dǎo)率、高強(qiáng)度和高韌性的“三高”特性。

這種“能源綜合體”包含自發(fā)電水泥基超材料和自儲(chǔ)電水泥基超級(jí)電容器兩大模塊。N型熱電水泥塞貝克系數(shù)達(dá)-40.5mV/K，是傳統(tǒng)水泥基熱電材料的10倍；P型熱電水泥功率因數(shù)PF值是傳統(tǒng)材料的51倍，ZT值達(dá)到傳統(tǒng)最高值的42倍。

2溫差發(fā)電是為其賦能的技術(shù)

利用熱電效應(yīng)，只需室內(nèi)外存在溫差，N型和P型熱電水泥就能持續(xù)發(fā)電。N型熱電水泥塞貝克系數(shù)高，P型熱電水泥功率因數(shù)和熱電優(yōu)值大幅提升。這種技術(shù)具有全天候工作優(yōu)勢(shì)，可與光伏技術(shù)配合，提高清潔能源利用效率。

3超長壽命儲(chǔ)能系統(tǒng)亦功不可沒

自儲(chǔ)電水泥基超級(jí)電容器采用磷酸鎂水泥基材料，離子電導(dǎo)率很高，2萬次充放電循環(huán)后容量保持率仍達(dá)95%以上，使用壽命與建筑物壽命相當(dāng)。

應(yīng)用前景與行業(yè)影響

在建筑場(chǎng)景，自發(fā)電、自儲(chǔ)能水泥制成的墻板可降低建筑對(duì)外部電網(wǎng)的依賴，實(shí)現(xiàn)能源自給自足。在交通基礎(chǔ)設(shè)施場(chǎng)景，混凝土路面可轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲闾挤?wù)區(qū)”，未來還可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車動(dòng)態(tài)無線充電。對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)，該技術(shù)可解決傳統(tǒng)電源供應(yīng)難題，形成自給自足的微電網(wǎng)。在低空經(jīng)濟(jì)場(chǎng)景，自供電混凝土跑道可推動(dòng)城市空中交通安全高效發(fā)展。

該技術(shù)將推動(dòng)建材行業(yè)向綠色低碳、多功能化轉(zhuǎn)型，重塑建筑價(jià)值鏈。對(duì)能源行業(yè)而言，加快了分布式能源的發(fā)展速度，提高可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比。從城市發(fā)展視角看，將推動(dòng)“產(chǎn)消者”概念在建筑領(lǐng)域的普及，使城市變成“會(huì)呼吸”的綠色生命體。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)與潛在挑戰(zhàn)

儲(chǔ)能混凝土技術(shù)具有多功能集成性，將結(jié)構(gòu)支撐、能源生成與存儲(chǔ)融為一體，減少建筑對(duì)附加能源系統(tǒng)的依賴，簡化施工流程，降低綜合成本。從環(huán)保角度看，它具有顯著的減碳潛力，可為“雙碳”目標(biāo)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。它可廣泛應(yīng)用于建筑墻體、交通道路、飛行器跑道等多種場(chǎng)景。

在應(yīng)用方面，規(guī)?；a(chǎn)工藝是首要挑戰(zhàn)，實(shí)驗(yàn)室方法在工業(yè)化生產(chǎn)中需保持一致性和提高效率。成本競爭力也是關(guān)鍵，新型材料初期成本高，需在價(jià)格競爭中取得優(yōu)勢(shì)。技術(shù)性能方面，儲(chǔ)能混凝土的能量密度和溫差發(fā)電的功率密度有待驗(yàn)證。長期耐久性和維護(hù)需求也需關(guān)注，實(shí)際建筑環(huán)境中的各種因素對(duì)材料性能的影響需長期跟蹤評(píng)估。

儲(chǔ)能是一種長期需求

當(dāng)下，能源行業(yè)正處于欣欣向榮良好發(fā)展態(tài)勢(shì)，在不同領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出諸多新機(jī)遇，創(chuàng)新的黃金時(shí)機(jī)已然成熟。在能源市場(chǎng)，壽命的重要性不言而喻，產(chǎn)品及相關(guān)解決方案都要經(jīng)得起嚴(yán)酷操作環(huán)境的長時(shí)間考驗(yàn)。

在儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中，產(chǎn)業(yè)鏈支持至關(guān)重要，作為全球領(lǐng)先的技術(shù)分銷商和解決方案提供商，安富利為能源基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案。針對(duì)綠色儲(chǔ)能需求，安富利從元器件出發(fā)，全面提升從發(fā)電到輸電、配電再到用電的整體質(zhì)量與性能，解決方案覆蓋“風(fēng)光儲(chǔ)充”全鏈條，從發(fā)電側(cè)的逆變器優(yōu)化到用電側(cè)的智能管理，助力構(gòu)建零碳電網(wǎng)。從儲(chǔ)能安全檢測(cè)來說，安富利當(dāng)前正在開發(fā)更新一代的EIS（電化學(xué)阻抗譜）技術(shù)并結(jié)合人工智能（AI），實(shí)現(xiàn)對(duì)電池內(nèi)部數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)地測(cè)量，進(jìn)而提高電池儲(chǔ)能設(shè)備整體的安全性和可靠性。

結(jié)語

在全球推進(jìn)低碳發(fā)展的進(jìn)程中，實(shí)現(xiàn)綠色目標(biāo)不僅需要持續(xù)拓展清潔能源的生產(chǎn)規(guī)模，更需要構(gòu)建靈活高效的能源利用體系。儲(chǔ)能技術(shù)正是連接能源生產(chǎn)與消費(fèi)的關(guān)鍵紐帶，通過對(duì)能量的時(shí)空優(yōu)化配置，為構(gòu)建可持續(xù)的現(xiàn)代能源系統(tǒng)提供了重要支撐。

關(guān)于安富利

安富利是全球領(lǐng)先的技術(shù)分銷商和解決方案提供商，在過去一個(gè)多世紀(jì)里一直秉持初心，致力于滿足客戶不斷變化的需求。通過遍布全球的專業(yè)化和區(qū)域化業(yè)務(wù)覆蓋，安富利可在產(chǎn)品生命周期的每個(gè)階段為客戶和供應(yīng)商提供支持。安富利能夠幫助各種類型的公司適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)環(huán)境，在產(chǎn)品開發(fā)過程中加快設(shè)計(jì)和供應(yīng)速度。安富利在整個(gè)技術(shù)價(jià)值鏈中處于中心位置，這種獨(dú)特的地位和視角讓其成為了值得信賴的合作伙伴，能夠幫助客戶解決復(fù)雜的設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈難題，從而更快地實(shí)現(xiàn)營收。