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奈米科技讓所有磚造建築物都能變成發電站
科學家將毫不起眼的房屋磚頭變成可儲存電力的電池﹐此突破著實提高建築物有一天成為真正發電站的可能性。不僅如此﹐這項研究也可能為廉價的再生能源超級電容(Supercapacitor)儲能系統開闢蓬勃發展的大道。
這項新技術利用燒製紅磚的多孔特性﹐將可儲存電荷的導電塑膠微小奈米纖維填充至孔隙。目前第一批做好的電力磚(Power Bricks)存飽電力後僅能驅動小燈泡﹐但如果容量提高﹐很有可能成為普遍使用的鋰離子電池低成本替代品。電力磚應屬超級電容而非電池﹐目前第一批原型儲能密度僅達鋰電池1%。嚴格來說﹐電力磚是超級電容而不是電池。超級電容在固體以靜態電荷形式儲存電能﹐不像電池透過化學反應儲能。超級電容的優勢在於﹐充放電速度遠比電池快﹐但迄今為止﹐只能保留一小部分能量。
世界各地研究人員都在努力提高超級電容的能量密度﹐以及電池的充電速度。找到更好儲存電力的方法是因應氣候危機的關鍵﹐因唯有如此才能讓大量間歇性可再生能源儲存到需要時的容量。「屋頂太陽能電池必須將電能儲存在某個地方﹐通常我們會透過電池儲存電能﹐」研究小組成員的美國聖路易斯華盛頓大學(Washington University)Julio D'Arcy表示﹕「雖然我們還沒到那一步﹐但我們所做的是提供全新﹑值得深入思考的選項。」。
據《自然通訊》(Nature Communications)期刊報導﹐第一批電力磚的儲能密度僅為鋰離子電池1%。D'Arcy認為﹐透過加入金屬氧化物等材料﹐便能儲存更多電荷﹐進而將儲能密度提高10倍﹐並使電力磚成為可行的商業訴求與主張。但終極目標當然是希望達到和鋰離子電池一樣的能量密度。「如果是這樣﹐這項技術會比鋰離子電池便宜多了﹐」D'Arcy表示﹕「這將是全然不同的世界﹐你不會再聽到『鋰離子電池』這個詞。」。
英國倫敦大學學院(University College London)電化學工程(Electrochemical Engineering)教授Dan Brett指出﹕「考慮建築結構的能量儲存時﹐熱能一直是最重要的課題與領域。這項研究也顯示儲存電能的潛力。與客製化超級電容相比﹐電力磚性能突破還有很長的一段路要走﹐但原理已證實﹐所以還有很大的改進空間。」。
研究人員利用化學蒸汽與磚塊的紅氧化鐵起反應﹐然後形成密布塑膠奈米纖維的網路﹐製造出小型電力磚原型。他們並使用叫做Pedot的特殊塑膠﹐它是非常棒的電導體。這些反應使紅磚變成深藍色。超級電容的另一個優點是﹐失去蓄存電能的能力之前﹐可支援比電池更多次充電和再充電。容量顯著下降前﹐電力磚可循環充電1萬次。
第一批電力磚儲存的電荷太小﹐所以觸碰時不會有任何觸電感。但一整面由電力磚砌成的牆就需要塗上絕緣塗層﹐科學家用環氧樹脂證明這一點﹐甚至可讓電力磚在水底正常運作。D'Arcy指出﹐製造電力磚的化學反應可能會對結構性能造成些許削弱﹐但無論如何﹐磚頭是最常用在房屋裝飾外牆的建材。
英國華威大學(University of Warwick)電力電子學(Power Electronics)教授Richard McMahon認為這項研究很有趣。「能量儲存是當代人們非常感興趣的課題﹐尤其是以電形式的儲能。儘管這項工作是可能性的有趣展示﹐但離實際應用還有很長的路要走。」。
自2010年以來﹐鋰離子電池成本下降90%﹐即使在山區﹐抽水發電仍是最有效的方案。但儲存大量電力仍是一大挑戰﹐這促使人們積極尋找替代能源。
如今有一家公司利用重力儲存能量﹐亦即將巨大磚塊堆疊成一座塔﹐然後再將磚塊放回地面以釋放能量。目前能源界也正在探索使用重物和礦坑儲能的方案。另外還有一種選項是將空氣壓縮成液體以儲存能量﹐英國曼徹斯特附近就有一座以這類型儲能的大型工廠正在施工。目前有一些專家支持氫能﹐可透過再生能源分解水產生氫能。
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