盖房子用的水泥能用来发电，还能当成“电池”储能。5月9日，东南大学发布最新科研成果，该校科研人员研发出全球首创的仿生自发电-储能混凝土。该颠覆性技术可将高能耗的水泥变为“绿色能量体”，开辟了全新能源路径，有望重塑未来建筑与能源格局。

水泥能发电还能储电

如今，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。东南大学科研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原创探索计划项目的资助下，研发成功了仿生自发电-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，将水泥从“能源消耗者”变为“能源综合体”，实现了自发电与自储能的双重突破。

新材料“能量砖块”共分为两种自发电混凝土和自储电混凝土，按照顺序连接自发电混凝土利用温差就可以发电。根据演示，充满电的自储电混凝土则能让小风扇转一天还可以为手机充电。

破解传统材料性能难题

据介绍，由东南大学科研团队研发的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型热电水泥的塞贝克系数（衡量材料热电性能的重要参数）为传统水泥基热电材料最高值的10倍；P型热电水泥的功率因数PF值（衡量交流电源效率的重要参数）是传统水泥基热电材料最高值的51倍，衡量热电材料热电转换效率的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，破解了传统水泥基热电材料力学性能不足的难题。

此外，新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，将离子导电率提升了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，仍能保持其初始比电容的95%，可与建筑同寿命。

在此基础上，团队还进一步基于特种磷酸镁水泥研发储能材料，制成储能墙板后可存储居民住宅约一天的用电量，与光伏配套使用可提升光伏利用率30%以上，降低用电成本超过50%。

从植物根茎中汲取灵感

“这项创新成果的研发灵感源于我们对植物根茎的深度观察。”东南大学材料科学与工程学院教授周扬介绍，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，科研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。

开辟绿色智能的无限可能

据悉，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。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”；在交通场景中混凝土道面凭借其巨大的表面积，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，将能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；在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。

中国工程院院士、东南大学教授缪昌文表示，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。东南大学科研团队的这项研究成果，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。 （南京发布）