“美国最大”能源存储工厂将在拜登现金刺激下开创巨型“混凝土电池”。近日，西屋电气公司已获得美国政府的资金支持，用于其在阿拉斯加开发的1.2GWh抽水蓄能项目。这一举措标志着未来美国最大的储能设施的建设，将为计划中的风电项目提供有力支持。
之前，美国能源部 (DOE) 宣布将拨款3.25亿美元用于支持15个储能项目。西屋电气公司与Echogen Power Systems在阿拉斯加开发的1.2GWh抽水热力项目就是其中之一。
该项目将采用一套系统，其中大型热泵从电网吸取电力并将其转化为储存在混凝土块中的热量。在需要时，通过热机将存储的能量转换回电能。该项目的开发旨在有力支持计划中的风力发电，展现了一种智能而可持续的能源整合方案。
西屋公司表示，该系统采用“容易获得且廉价的本地材料，如碳钢、水和混凝土”，可在全球范围内快速部署。同时，阿拉斯加工厂将展示“突破性技术”。西屋的长期储能系统有望提高可再生能源在电网中的渗透率，实现脱碳目标的同时确保整体稳定性。
今天我们要探讨的是一项源自美国的尖端科技，即麻省理工开发的一种名为超级电容器的水泥“储能方案”。一提到“超级”，你可能会想到一些高科技的纳米材料，或者一些特殊的合金，但麻省理工给出的答案却会让你惊讶：水，水泥，炭黑。
你或许会感到惊讶，用水泥和炭黑制作储能装置，这真的行得通吗？
这项技术利用了水、水泥和炭黑这三种成本低廉的材料，能将一栋大楼、一条道路转化为一个庞大的储能装置，以储存和释放大量能量。这种古老而丰富的材料可能成为储存风能和太阳能发电场能源的重要组成部分，用于构建地基供电的房屋，以及为行驶中的电动汽车提供充电的道路。
这种坚固的材料可用作建筑物混凝土基础的组成部分。一块宽3.5米的材料可储存约10kWh的能量，相当于一个家庭的平均每日用电量。据称，它还可用于修建道路，为电动汽车提供非接触式充电，就像现在手机可以无线充电一样。若将此储能系统应用于风能和太阳能发电场后，便可在多余能量不需要时将其存储到超级电容器中。
这使其拥有极高的内表面积，对于材料的充电能力至关重要。
最重要的是，因为这些材料在全球范围内的应用非常广泛，成本也最低，而且无需单独制造电池，可以与建筑、道路等相结合，从而将成本降到最低。
这个技术的确称不上是传统意义上的“电池”，它更像是一种同时具备了电池和电容功能的储能装置。简单来说，电池是通过在介质中进行化学反应，将化学能转化为电能，而电容则通过物理过程，将电荷分隔并储存在两个导电电极之间。
水泥作为建筑的基本材料，而炭黑与微米级的炭材料一样，可用于制造油墨、颜料、橡胶等等。这两种物质看似毫不相关，但一旦与水混合，就会发生奇妙的化学变化。
研究者们发现，当水泥与水发生反应时，会产生一些微小的空隙；而炭黑则会因水的排斥作用而聚集在这些微孔中，形成类似于金属丝的“卷曲”结构。这些卷曲结构就像桥梁一样，将两块极板连接在一起，使整个混合物具备导电性能。
然后，将混凝土制成两个电极，浸泡在标准的电解质材料如氯化钾中，这种盐能够提供带电粒子，通过薄薄的间隔或绝缘层隔开，就形成了一个极为强大的超级电容器，能够储存电能，并保持稳定地进行超过1万次的充放电循环，而一般的锂离子电池只能进行数百到数千次的循环。
进一步的研究发现，添加的碳黑越多，超级电容器存储的能量就越多，但混凝土结构强度也会下降，所以可以针对所需混凝土结构的强度不同，来添加碳黑制造混凝土“电池”，只要大于3%就可以了。
比如对于建筑地基或风电涡轮机底座，添加10%的碳黑可以达到最佳的平衡点，你想到什么没有？风电不是不稳定吗？如果把底座变成一个大电池，不就彻底解决问题了吗？
研究人员为此制作了一个实验室版的小型超级电容器来验证，他们用水、水泥和碳黑制造了一些和纽扣电池差不多大小的“混凝土电池”，直径1厘米，厚度1毫米，每个都可以充放1伏的电压，相当于1伏的电池。
之后他们把三个超级电容器连接起来，结果令人惊讶，3伏的发光二极管真的被点亮了。
而电容器的储能量是和电极的体积相关的，这意味着如果把1毫米变成1米后，就可能提供更多的电力，甚至为整个家庭供电。
研究人员下一步将制造一个12伏汽车电池大小的版本，然后是一个45立方米的版本——大约3.5米边长的立方体，可以存储约10千瓦时的电能，足以为一座房屋提供每天的用电量。
如果这种混凝土“电池”开发成功，并能稳定运行，或许会带来革命性的变革或机遇，对环境、经济和社会产生极大的影响。
随着麻省理工的研究取得成功，水泥“储能方案”很可能会成为解决能源存储和分配方面的一大突破。这意味着我们可以更高效地利用清洁能源，降低对化石燃料的依赖，从而推动全球绿色能源的发展。
试想一下，未来的城市景象：高楼大厦的地基成为了巨大的储能装置，吸收并储存太阳能、风能等清洁能源。公路变成了能量储存的通道，为行驶其中的电动汽车提供持续能源，无需频繁充电。这不仅将减少能源的浪费，也将大幅度减少环境污染。
还可以把这种混凝土制成供暖系统，用于地板、墙体供暖，或人行道除冰除雪，水管防冻，农业大棚或温室保暖等。
此外，这项技术还有望在偏远地区和发展中国家得到广泛应用，因为它可以为那些没有稳定能源供应的地方提供可靠的电力来源。这将对健康、教育、通讯等方面产生积极影响，提升人们的生活质量。
怎么样？是不是感觉潜力巨大啊，当然，这一切还需要持续的努力和研究，但麻省理工的水泥“储能方案”无疑为我们指明了一条光明的道路。
