電池想必大家都不陌生，但大家聽過“水泥電池”嗎？水泥在我們日常生活中一般被當做建筑材料，難道我們住的樓房也可以儲存電？水泥電池是什么？它和我們平時用的鋰離子電池有什么區別？今天咱一起了解一下水泥電池。
水泥電池是2021年，瑞典查爾默斯理工大學工作的Emma Zhang博士在尋找未來的建筑材料時發明的。他的工作原理是這樣的（畫面顯示）：
這個水泥電池概念其實非常簡單。
首先，在水泥中添加少量短碳纖維形成具有導電和彎曲韌性的水泥基混合物。然后，在混合物中嵌入一層金屬涂層的碳纖維網做電極——鐵作陽極，鎳作陰極。這就是水泥基電池的原型。
根據報道，研究人員生產的可充電水泥電池，平均能量密度為每平方米7瓦特時，相當于兩節五號堿性電池（堿性電池能量密度3.27 Wh）。與商用鋰離子電池相比，水泥電池的能量密度仍然很低，但由于電池在建筑物中使用時面積巨大，這一限制可以被克服，也就是可以用面積來彌補能量密度低的缺點。
2023年美國麻省理工學院研究人員進一步優化了水泥電池，他們的研究已經不再需要在混凝土中鋪設網狀電極，并且性能也比瑞典團隊的裝置更高。研究人員利用水、水泥和碳黑的混合物，加入的炭黑則擔任了導電線的角色，水泥與水發生反應后這些線狀結構就像是連接兩個極板的橋梁，使得整個混合物具有了導電性。以此來創建一個超級電容器的儲能設備，有望為家庭供電。
前面提到了水泥電池，現在又提到了超級電容器。其實水泥電池的基本原理就是電容器。那么什么是電容器，超級電容器又是如何工作的，它與傳統鋰離子電池有什么區別？
所謂超級電容器，是近年來越來越流行的一種儲能系統。
就像電池一樣，超級電容器也具有由電解質隔開的正極和負極。超級電容器工作原理在充電時正極材料逐漸積累正電荷，負極材料逐漸積累負電荷。在電極積累電荷靜電吸引力作用下，正極材料表面將吸附電解液中的負離子，負極材料表面將吸附電解液中的正離子。這種儲能方式被稱為“雙電層儲能機制”，類似于在兩個帶電板之間形成的電場。
而傳統鋰離子電池工作原理有點像搖椅，充電時正極電勢逐漸上升，負極電勢逐漸下降，在正負極之間電勢差作用下，正極和負極材料發生氧化還原反應。因為它通過化學反應來儲存和釋放能量，所以這種儲能方式被稱為“化學儲能機制”。
由于超級電容器的充電和放電是一個純粹的物理過程，所以和鋰電池相比，它的充電和放電過程都非常迅速。除此之外，超級電容器還有在很小的體積下能存儲很大的電容量；循環使用壽命長，可以反復充放電數十萬次；超低溫特性好；大電流放電能力強等優點。
但是，凡事都有利有弊，目前想用超級電容普遍代替鋰電池還是做不到的，因為目前生產超級電容在技術上還不完全，生產成本高。
另外，其能量密度低，不能在單位體積內存儲更多的能量。一般用于需要快速放電和充電的場合，如閃光燈、電子電路中的濾波和耦合等。如果純電動車改用超級電容，那整車就得裝載更大體積的超級電容。
再有一點就是超級電容器不耐高溫，不能放置在潮濕的環境中，否則會影響正常工作，甚至損壞。
超級電容的充電速度比鋰離子電池的速度快得多，相比鋰離子電池，超級電容的安全性也更好。超級電容目前已經到了擴大應用范圍，并進行產業化的階段。超級電容器以其優異的特性揚長避短，可以部分或全部替代傳統的化學電池用于車輛的牽引電源和啟動能源，并且具有比傳統的化學電池更加廣泛的用途。
由于成本極低，基于電容器的水泥基電池有著相當廣闊的落地空間。
比如應用在房屋建設中，通過電纜連接屋頂上的太陽能板，使用這種材料制成的地基可以用來儲存與房屋一天內使用量相當的太陽能。房子就會變身成為一個巨大的充電寶，隨用隨儲。盡管目前仍處于早期階段，儲存能力可以為一個10瓦LED燈泡供電30小時，但對未來可擴展性和融入建筑環境的影響是顯著的。
麻省理工團隊的研究還發現，添加的炭黑越多，超級電容器存儲的能量就越多，不過混凝土結構強度也會下降，所以可以針對所需混凝土結構的強度不同，來添加炭黑的比例造出不同的混凝土“電池”。不僅如此，在風力發電場中，它可以用于風力渦輪機的底座，這種混凝土還可以用來制造道路，可以在電動汽車經過該路面時為其提供非接觸式充電。
但是水泥電池也存在一些超級電容器固有的缺點，例如存電量不足、工作電壓較低等挑戰，只要克服這些困難，“混凝土電池”才會落地有望。很多人的“家”，也能變成小型發電站了。說實話，我還挺期待這一天到來的呢。
