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砖块还是电池?一项新的研究表明红砖可以用作超级电容器

2020年8月12日通过杰克·赫兹

你读对了。华盛顿大学-圣路易斯的研究人员已经开发出一种方法,将普通砖转化为储能介质。

五千多年来,烧结砖几乎是独一无二地被用作建筑材料。但是现在,研究人员发现了一种方法,可以把你在家得宝买的红砖变成储电容器.

这怎么可能?

其工作原理首先是利用赤铁矿的存在,赤铁矿是一种使砖呈现红色的颜料。有趣的是,赤铁矿现在被用于钾离子电池、锌空气电池和锂离子电池等现代储能材料中。

根据这篇文章发表在自然通讯之后,研究人员开发了一种超级电容器,利用砖的赤铁矿微观结构作为导电聚合物聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)气相沉积涂层的反应物。

这种气相合成使得PEDOT涂层表现出高的电子导电性和容易的电荷转移,使其成为生产电极的有效途径。

经过处理的砖被用来为LED供电

经过处理的砖被用来为LED供电。图像来自华盛顿大学-圣路易斯

华盛顿大学化学教授Julio D'Arcy解释说:“用更易消化的术语来说,在这项工作中,我们开发了一种导电聚合物PEDOT涂层,它由纳米纤维组成,纳米纤维穿透砖的内部多孔网络;聚合物涂层仍被困在砖块中,起到储存和传导电的离子海绵的作用

砖基超级电容器的工作情况如何?

在发表的文章中,科学家们测试了各种不同的设置,所有这些都产生了令人印象深刻的结果。

在1V工作电压窗口内,对称砖基超级电容器能够实现:

  • 面积电容1.60 F cm−2.
  • 能量密度222μWh-cm−2.
  • 电流密度0.5毫安厘米−2.

超级电容器用纳米纤维PEDOT涂层砖

显示示意图(a)、电流密度测量(B)、充放电曲线(C)、电容保持率(D)和电流输出(E)的结果。图像来自王宏民等。

此外,研究人员还能够在砖块上涂上一层环氧树脂封装层,保护砖块不受水和温度的影响,从而能够在两个温度之间储存电荷−20°C和60°C。他们发现,在环境条件下,超级电容器可以进行10000次充放电循环,库仑效率约为100%,电容保持率约为90%。

研究人员还将其中三个模块串联起来,以实现3.6伏的电压窗口。

砖基储能重新定义“智能家居”

研究人员认为,这项技术与太阳能电池一起工作,可以为砖房提供应急照明,使住宅变成巨型超级电容器。

关于这一点,D'Arcy说,“PEDOT涂层砖是理想的建筑砌块,可以为应急照明提供电力……我们设想,当你将我们的砖与太阳能电池连接起来时,这可能成为现实。”

他补充说,“这50块砖可以为应急照明提供5个小时的电力。”达西还提到,在一个小时内,作为超级电容器的整个砖墙可以充电数千次。此外,他还声称几个连接的砖块可以很容易地为微电子传感器供电。雷竞技最新app

虽然这项技术被部署到世界上还有很长的路要走,但有一天,基于砖的电池可以重新定义我们所认为的“智能家居”。