普通磚頭“變身”超級電容器？

隨著(zhù)太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力渦輪機的不斷增加，最大的問(wèn)題是如何儲存太陽(yáng)升起或刮風(fēng)時(shí)產(chǎn)生的所有多余電力，以便在其他時(shí)間使用。潛在的解決方案已經(jīng)以多種形式被提出，包括巨大的電池組、快速旋轉的飛輪和地下氣穴?，F在，一個(gè)研究小組稱(chēng)，一種經(jīng)典的建筑材料——紅燒磚可能會(huì )成為尋求儲能方法的競爭者。

普通的磚像海綿一樣多孔，它的紅色是由于富含氧化鐵的色素沉淀。Julio D'Arcy和他的同事發(fā)現，這兩種特性都為導電聚合物的生長(cháng)和承載提供了理想的條件。位于圣路易斯的華盛頓大學(xué)的研究小組將基本的磚塊改造成了可以照亮發(fā)光二極管的超級電容器。

超級電容器之所以引起人們的興趣，是因為與電池不同，超級電容器可以提供快速的能量爆發(fā)，并且能夠快速充電。缺點(diǎn)是，與電池相比，它們儲存的能量相對較少。在電動(dòng)汽車(chē)中，超級電容器支持加速，但鋰離子模塊提供數百英里的動(dòng)力。然而，許多科學(xué)家和技術(shù)開(kāi)發(fā)人員希望超級電容器能夠在許多應用中取代傳統電池，因為采礦和處理金屬造成了巨大的環(huán)境代價(jià)。

華盛頓大學(xué)化學(xué)系助理教授D'Arcy說(shuō)，建筑磚概念驗證項目為世界上許多磚墻和結構提供了新的可能性。通過(guò)電線(xiàn)連接的屋頂太陽(yáng)能電池板可以為磚塊充電，進(jìn)而為應急照明或其他應用提供內部備用電源。

他在電話(huà)中說(shuō)：“如果我們成功（擴大規模），你的房子就不再需要電池了。磚塊本身就是電池?！?/p>

近日出版的《自然通訊（Nature Communications）》雜志描述了這種新型設備，與加州沙漠和中國農村等地正在進(jìn)行的兆瓦級存儲項目相去甚遠。但D’Arcy說(shuō)，這篇論文首次表明，磚可以?xún)Υ骐娔?。他指出，在一個(gè)尋求創(chuàng )意的領(lǐng)域，它提供了發(fā)人深思的東西。

研究人員首先在一家大型五金店購買(mǎi)一堆65美分的紅磚。在實(shí)驗室里，他們研究了這種材料的微觀(guān)結構，并用蒸汽填充磚的許多孔隙。接下來(lái)，把磚塊放進(jìn)加熱到160攝氏度的烤箱。氧化鐵引發(fā)了一種化學(xué)反應，在磚的空腔上覆蓋了一層薄薄的PEDOT，一種被稱(chēng)為聚（3，4-乙基二氧噻吩）的聚合物。

從爐子里冒出來(lái)的磚塊帶有一種黑藍色的色調，并且能夠導電。

D’Arcy的團隊隨后將銅導線(xiàn)連接到兩塊涂有涂層的磚上。為了防止磚塊疊在一起時(shí)短路，研究人員用一層薄薄的聚丙烯塑料薄膜將這些磚塊分開(kāi)。以硫酸為基礎的溶液作為液體電解液，通過(guò)銅導線(xiàn)將磚塊連接到AAA電池上大約一分鐘。一旦充電，這些磚塊可以為白色LED供電11分鐘。

D’Arcy說(shuō)，如果把這種超級電容器應用到50塊磚上，它可以為3瓦的燈供電大約50分鐘。這種電流裝置可以在充電10000次后仍能保持原有電容的90%。研究人員正在進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這種聚合物的化學(xué)性質(zhì)，以期達到10萬(wàn)次充電。

然而，并非只有圣路易斯的研究人員在尋求使用日常材料來(lái)制造超級電容器。

在蘇格蘭，格拉斯哥大學(xué)的一個(gè)研究小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種可以利用人體汗液充電的靈活裝置。研究人員在一塊聚酯纖維布上涂上一層薄薄的PEDOT，吸收穿著(zhù)者的汗液，產(chǎn)生電化學(xué)反應并發(fā)電。這個(gè)想法是，這些涂層布可以為可穿戴電子設備提供動(dòng)力，只需少量的汗水就可以保持運轉。

印度海得拉巴理工學(xué)院正在探索將玉米殼用于高壓超級電容器。印度的玉米生產(chǎn)州產(chǎn)生了大量的谷殼廢料，研究人員稱(chēng)這些廢料可以轉化為活性炭電極。根據《能源雜志》（Journal of Power Sources）最近的一項研究，生物質(zhì)為聚合物和類(lèi)似材料制成的電極提供了一種潛在的更便宜、更簡(jiǎn)單的替代品。

然而，要真正進(jìn)入電池的主導地位，化學(xué)反應會(huì )驅動(dòng)產(chǎn)生電壓，超級電容器需要顯著(zhù)提高其能量密度。D'Arcy說(shuō)他的充電磚與鋰離子電池相比“兩個(gè)數量級的差距”，就其所能儲存的能量而言。

他說(shuō)：“這是我們試圖做的另一件事，幫助聚合物儲存更多的能量。很多團體都在嘗試這樣做，”他補充道，“但他們沒(méi)有用磚塊來(lái)做?！?/p>

來(lái)源：本文摘自IEEE電氣電子工程師，謝謝。