江苏
5月9日，东南大学缪昌文院士、周扬教授团队最新科研成果——全球首创的仿生自发电-储能混凝土正式发布。该成果将水泥从“能源消耗者”变为“能源综合体”，实现自发电与自储能的双重突破。特别是储能方面，20000次充放电循环后，仍能保持其初始比电容的95%，耐久性远超现有电池材料。
水泥变身“充电宝”，能发电也能储电
在建筑能耗占全国总能耗45%、碳排放超50%的严峻背景下，传统光伏能源受天气制约、储能成本高昂的短板愈发凸显。东南大学团队依托重大基础设施工程材料全国重点实验室，在国家自然科学基金首批原创-探索项目的资助下，研发了仿生自发电-储能混凝土，该成果涵盖自发电水泥基超材料、自储电水泥基超级电容器两大技术模块。
团队研发了N型热电水泥和P型热电水泥两种自发电水泥基超材料，性能远超传统材料。其中，N型热电水泥塞贝克系数达-40.5mV/K，是传统水泥基热电材料最高值的约10倍；P型热电水泥功率因数PF值是传统水泥基热电材料最高值的51倍，ZT值为传统水泥基热电材料最高值的42倍。
值得关注的是，自发电水泥基超材料只要存在温差就能持续发电，填补了清洁能源受天气制约的供应缺口。此外，其在力学性能上同样表现优异，抗压强度提升60%、韧性增强近10倍，破解了传统热电材料力学性能不足的难题。
团队研发的自储电水泥基超级电容器，在保持水泥高强度的同时，将离子导电率提升6个数量级，具有良好的电化学可逆性与快速的电荷转移能力，20000次充放电循环后，仍然能保持其初始比电容的95%，耐久性远超现有电池材料。
在此基础上，团队进一步基于特种磷酸镁水泥研发储能材料，离子电导率高达101.1mS/cm，超越现有商用固态电池材料。经测算，如若将其制成储能墙板，可存储居民住宅约一天的用电量，与光伏配套使用，能提升光伏利用率30%以上，降低用电成本超过50%。
灵感源于植物根茎，水泥兼具建筑材料与能源载体
据介绍，团队这两项创新成果的核心灵感源于对植物根茎的深度观察。自然界中，植物维管组织的层状木质结构不仅强韧，还能为离子传输提供“高速通道”，并通过界面选择性调控离子通过。
受此启发，团队运用双向冷冻冰模板法，复刻植物维管的微观形态，并向层间孔隙填充柔性材料，实现水泥基材料高强、高韧、高离子导电率的统一，让水泥兼具建筑材料与能源载体的双重属性。
仿生自发电-储能混凝土应用前景广阔，有望重塑多个领域的能源格局。
比如，在建筑领域，自发电、自储能水泥制成的墙板可使建筑大幅降低对外部电网的依赖，变身“绿色能量体”；交通场景中，混凝土道面凭借巨大表面积，成为可发电储电的“零碳”服务区，未来新能源车无需充电桩，在路面行驶即可无线充电；在偏远地区，无人基站、环境监测传感器等设备，将依靠水泥的自发电特性稳定运行，有效解决传统电源供应难题；低空经济领域，自供电混凝土跑道既能为飞行器提供无障碍起降场地，又能在其停留时极速补充续航能量，推动城市空中交通安全高效发展。
缪昌文院士表示，在全球朝着碳达峰、碳中和目标迈进的当下，水泥混凝土材料正不断改写传统建材“结构承载-能源消耗”的单一属性，朝着绿色低碳、多功能、可持续的方向发展，构建“材料-能源-环境”协同发展的新范式。团队这项成果，不仅为“双碳”目标提供关键技术支撑，更预示着未来建筑将从“环境负担”转变为“生态伙伴”，为人类绿色智能生活开辟无限可能。
通讯员 吴涵玉 现代快报/现代+记者 李楠
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