“美國最大”能源存儲工廠將在拜登現金刺激下開創巨型“混凝土電池”。近日，西屋電氣公司已獲得美國政府的資金支持，用于其在阿拉斯加開發的1.2GWh抽水蓄能項目。這一舉措標志著未來美國最大的儲能設施的建設，將為計劃中的風電項目提供有力支持。
之前，美國能源部 (DOE) 宣布將撥款3.25億美元用于支持15個儲能項目。西屋電氣公司與Echogen Power Systems在阿拉斯加開發的1.2GWh抽水熱力項目就是其中之一。
該項目將采用一套系統，其中大型熱泵從電網吸取電力并將其轉化為儲存在混凝土塊中的熱量。在需要時，通過熱機將存儲的能量轉換回電能。該項目的開發旨在有力支持計劃中的風力發電，展現了一種智能而可持續的能源整合方案。
西屋公司表示，該系統采用“容易獲得且廉價的本地材料，如碳鋼、水和混凝土”，可在全球范圍內快速部署。同時，阿拉斯加工廠將展示“突破性技術”。西屋的長期儲能系統有望提高可再生能源在電網中的滲透率，實現脫碳目標的同時確保整體穩定性。
今天我們要探討的是一項源自美國的尖端科技，即麻省理工開發的一種名為超級電容器的水泥“儲能方案”。一提到“超級”，你可能會想到一些高科技的納米材料，或者一些特殊的合金，但麻省理工給出的答案卻會讓你驚訝：水，水泥，炭黑。
你或許會感到驚訝，用水泥和炭黑制作儲能裝置，這真的行得通嗎？
這項技術利用了水、水泥和炭黑這三種成本低廉的材料，能將一棟大樓、一條道路轉化為一個龐大的儲能裝置，以儲存和釋放大量能量。這種古老而豐富的材料可能成為儲存風能和太陽能發電場能源的重要組成部分，用于構建地基供電的房屋，以及為行駛中的電動汽車提供充電的道路。
這種堅固的材料可用作建筑物混凝土基礎的組成部分。一塊寬3.5米的材料可儲存約10kWh的能量，相當于一個家庭的平均每日用電量。據稱，它還可用于修建道路，為電動汽車提供非接觸式充電，就像現在手機可以無線充電一樣。若將此儲能系統應用于風能和太陽能發電場后，便可在多余能量不需要時將其存儲到超級電容器中。
這使其擁有極高的內表面積，對于材料的充電能力至關重要。
最重要的是，因為這些材料在全球范圍內的應用非常廣泛，成本也最低，而且無需單獨制造電池，可以與建筑、道路等相結合，從而將成本降到最低。
這個技術的確稱不上是傳統意義上的“電池”，它更像是一種同時具備了電池和電容功能的儲能裝置。簡單來說，電池是通過在介質中進行化學反應，將化學能轉化為電能，而電容則通過物理過程，將電荷分隔并儲存在兩個導電電極之間。
水泥作為建筑的基本材料，而炭黑與微米級的炭材料一樣，可用于制造油墨、顏料、橡膠等等。這兩種物質看似毫不相關，但一旦與水混合，就會發生奇妙的化學變化。
研究者們發現，當水泥與水發生反應時，會產生一些微小的空隙；而炭黑則會因水的排斥作用而聚集在這些微孔中，形成類似于金屬絲的“卷曲”結構。這些卷曲結構就像橋梁一樣，將兩塊極板連接在一起，使整個混合物具備導電性能。
然后，將混凝土制成兩個電極，浸泡在標準的電解質材料如氯化鉀中，這種鹽能夠提供帶電粒子，通過薄薄的間隔或絕緣層隔開，就形成了一個極為強大的超級電容器，能夠儲存電能，并保持穩定地進行超過1萬次的充放電循環，而一般的鋰離子電池只能進行數百到數千次的循環。
進一步的研究發現，添加的碳黑越多，超級電容器存儲的能量就越多，但混凝土結構強度也會下降，所以可以針對所需混凝土結構的強度不同，來添加碳黑制造混凝土“電池”，只要大于3%就可以了。
比如對于建筑地基或風電渦輪機底座，添加10%的碳黑可以達到最佳的平衡點，你想到什么沒有？風電不是不穩定嗎？如果把底座變成一個大電池，不就徹底解決問題了嗎？
研究人員為此制作了一個實驗室版的小型超級電容器來驗證，他們用水、水泥和碳黑制造了一些和紐扣電池差不多大小的“混凝土電池”，直徑1厘米，厚度1毫米，每個都可以充放1伏的電壓，相當于1伏的電池。
之后他們把三個超級電容器連接起來，結果令人驚訝，3伏的發光二極管真的被點亮了。
而電容器的儲能量是和電極的體積相關的，這意味著如果把1毫米變成1米后，就可能提供更多的電力，甚至為整個家庭供電。
研究人員下一步將制造一個12伏汽車電池大小的版本，然后是一個45立方米的版本——大約3.5米邊長的立方體，可以存儲約10千瓦時的電能，足以為一座房屋提供每天的用電量。
如果這種混凝土“電池”開發成功，并能穩定運行，或許會帶來革命性的變革或機遇，對環境、經濟和社會產生極大的影響。
隨著麻省理工的研究取得成功，水泥“儲能方案”很可能會成為解決能源存儲和分配方面的一大突破。這意味著我們可以更高效地利用清潔能源，降低對化石燃料的依賴，從而推動全球綠色能源的發展。
試想一下，未來的城市景象：高樓大廈的地基成為了巨大的儲能裝置，吸收并儲存太陽能、風能等清潔能源。公路變成了能量儲存的通道，為行駛其中的電動汽車提供持續能源，無需頻繁充電。這不僅將減少能源的浪費，也將大幅度減少環境污染。
還可以把這種混凝土制成供暖系統，用于地板、墻體供暖，或人行道除冰除雪，水管防凍，農業大棚或溫室保暖等。
此外，這項技術還有望在偏遠地區和發展中國家得到廣泛應用，因為它可以為那些沒有穩定能源供應的地方提供可靠的電力來源。這將對健康、教育、通訊等方面產生積極影響，提升人們的生活質量。
怎么樣？是不是感覺潛力巨大啊，當然，這一切還需要持續的努力和研究，但麻省理工的水泥“儲能方案”無疑為我們指明了一條光明的道路。
