我们的未来是混凝土可充电电池吗？

我们的许多常见设备都使用可充电电池(也称为“二次”电池)，而不是一次性使用的不可充电电池(原电池)。我们预计迟早我们需要在某个时候更换不可充电电池，假设整个单元不是“一次性”的一次性产品(我知道在大多数情况下这是一件坏事，但有时它是为产品供电的唯一可行且有效的方式)。但是，使用带有可充电设备的产品也很容易让我们感到舒适，以至于我们很容易忘记，它们的使用寿命也是有限的，这取决于它们可以支持的充电/放电循环次数，同时还能提供大部分原始容量。

我们可以预期多少个周期?与现实世界中的大多数情况一样，答案很简单：“视情况而定”。它取决于多种因素，例如电池化学成分、质量、电池组结构、电池管理系统 (BMS) 的算法(如果有)、用户放电/充电模式和深度、工作温度、占空比和更多的。没有单一的答案，但一个很好的初步估计是，在充电和使用电池的能力严重降低之前，有 500 到 1000 个循环(而且标准也不同)。

毫无疑问，您已经经历过“没电”(或几乎没电)的可充电电池场景。修复它的范围从简单到令人沮丧，几乎不可能克服。一些设备通过使用标准可充电电池(如 AA 或 18650 尺寸)以及方便的访问安排来简化操作。

另一端是定制尺寸和/或难以使用的可充电电池。客户友好型设计应尽可能使用标准电池(起搏器和类似设备除外)并使其易于更换(同样有非常合理的例外情况)。

出于这些和其他原因，我尝试跟踪一般电池技术进展的研发更新，特别是可充电电池，以及从便携式到网格尺寸的所有容量。这就是为什么我对查尔默斯理工大学(瑞典)的一个研究项目感到着迷、好奇和有些困惑。

在那里，一个团队正在研究在可充电电池中使用混凝土。简而言之，他们的开发使用了一种水泥基混合物，并添加了少量的短碳纤维，以增加导电性和弯曲韧性。然后，嵌入金属涂层的碳纤维网 - 阳极为铁，阴极为镍 - 被嵌入。研究人员研究了他们的混凝土电解质、阳极和阴极的两种不同布置，具有层状结构和浸入式结构，以及组合构成材料和混合物的不同方式。

混凝土电池的两种常见电池排列方式：(a) 层状结构和 (b) 浸入式结构。

其结果是一种可充电电池，它基于整个建筑结构中的大体积而不是按重量或体积计算的高能量密度的惯常优点，使其具有可行性。他们对各种配方进行了试验，发现最佳版本的基于体积的能量密度为 0.8 瓦时/升。

相比之下，锂电池的密度约为 250-70 W-hr/L，而铅酸电池的密度约为 80-100 W-hr/L。显然，这些混凝土电池的能量密度比其他领先的电池化学选择低几个数量级。

研究人员通过指出基于混凝土的可充电电池实际上是一种“几乎一劳永逸”的资源，如果它们用于建造大量使用混凝土的建筑物，则可以应对这些低数字。我可以理解这个逻辑，但也许不是：这是一句俏皮话的变体，“我们每个人都在亏钱，但我们在数量上弥补了它”，除了这里，我们关注的是能量密度而不是金钱.

最后，他们的研究有一个很大的警告：到目前为止，基于混凝土的细胞只能承受适度的循环次数。在许多方面，这个数字与能量密度规格一样重要。他们的学术论文对这个周期数有点含糊，但暗示它处于低两位数。使用这种可充电混凝土作为大型建筑材料意味着建筑物的结构必须是模块化的，以便可以移除和更换混凝土部分，然后您还必须处理移除的材料。这种新配方对混凝土本身强度的影响又如何呢?

坦率地说，这似乎不是一个有前途的方法，至少现在还不是。即使将评级提高到数百甚至数千次循环，混凝土建筑通常也可以使用 50 到 100 年。该混凝土可充电电池在整个生命周期内需要多次更换。即使混凝土电池仅用于应急备用电源，数字仍然看起来不太好。不过，我可能大错特错。尽管专家尽了最大的努力和权威人士的沉思，但长期的未来是不可预测和不可预见的。或许这样的电池可以用作已用完电的电动汽车的路边增压充电站：由于它们的重量和剩余材料价值低，它们不太可能被盗!