红烧砖变超级电容器？
随着太阳能电池板和风力涡轮机的不断增加，最大的问题是如何储存太阳升起或刮风时产生的所有多余电力，以便在其他时间使用 。潜在的解决方案已经以多种形式被提出，包括巨大的电池组、快速旋转的飞轮和地下气穴 。现在，一个研究小组称，一种经典的建筑材料——红烧砖可能会成为寻求储能方法的竞争者 。
普通的砖像海绵一样多孔，它的红色是由于富含氧化铁的色素沉淀 。Julio D'Arcy和他的同事发现，这两种特性都为导电聚合物的生长和承载提供了理想的条件 。位于圣路易斯的华盛顿大学的研究小组将基本的砖块改造成了可以照亮发光二极管的超级电容器 。
超级电容器之所以引起人们的兴趣，是因为与电池不同，超级电容器可以提供快速的能量爆发，并且能够快速充电 。缺点是，与电池相比，它们储存的能量相对较少 。在电动汽车中，超级电容器支持加速，但锂离子模块提供数百英里的动力 。然而，许多科学家和技术开发人员希望超级电容器能够在许多应用中取代传统电池，因为采矿和处理金属造成了巨大的环境代价 。
华盛顿大学化学系助理教授D'Arcy说，建筑砖概念验证项目为世界上许多砖墙和结构提供了新的可能性 。通过电线连接的屋顶太阳能电池板可以为砖块充电，进而为应急照明或其他应用提供内部备用电源 。
文章插图
Image: D'Arcy Laboratory/Washington University in St. LouisA brick supercapacitor coated with a simple five-minute epoxy is immersed in water, demonstrating the device's impermeability.
他在电话中说：“如果我们成功（扩大规模），你的房子就不再需要电池了 。砖块本身就是电池 。”
近日出版的《自然通讯（Nature Communications）》杂志描述了这种新型设备，与加州沙漠和中国农村等地正在进行的兆瓦级存储项目相去甚远 。但D’Arcy说，这篇论文首次表明，砖可以储存电能 。他指出，在一个寻求创意的领域，它提供了发人深思的东西 。
研究人员首先在一家大型五金店购买一堆65美分的红砖 。在实验室里，他们研究了这种材料的微观结构，并用蒸汽填充砖的许多孔隙 。接下来，把砖块放进加热到160摄氏度的烤箱 。氧化铁引发了一种化学反应，在砖的空腔上覆盖了一层薄薄的PEDOT，一种被称为聚（3，4-乙基二氧噻吩）的聚合物 。
从炉子里冒出来的砖块带有一种黑蓝色的色调，并且能够导电 。
D’Arcy的团队随后将铜导线连接到两块涂有涂层的砖上 。为了防止砖块叠在一起时短路，研究人员用一层薄薄的聚丙烯塑料薄膜将这些砖块分开 。以硫酸为基础的溶液作为液体电解液，通过铜导线将砖块连接到AAA电池上大约一分钟 。一旦充电，这些砖块可以为白色LED供电11分钟 。
D’Arcy说，如果把这种超级电容器应用到50块砖上，它可以为3瓦的灯供电大约50分钟 。这种电流装置可以在充电10000次后仍能保持原有电容的90% 。研究人员正在进一步开发这种聚合物的化学性质，以期达到10万次充电 。
然而，并非只有圣路易斯的研究人员在寻求使用日常材料来制造超级电容器 。
在苏格兰，格拉斯哥大学的一个研究小组已经开发出一种可以利用人体汗液充电的灵活装置 。研究人员在一块聚酯纤维布上涂上一层薄薄的PEDOT，吸收穿着者的汗液，产生电化学反应并发电 。这个想法是，这些涂层布可以为可穿戴电子设备提供动力，只需少量的汗水就可以保持运转 。
印度海得拉巴理工学院正在探索将玉米壳用于高压超级电容器 。印度的玉米生产州产生了大量的谷壳废料，研究人员称这些废料可以转化为活性炭电极 。根据《能源杂志》（Journal of Power Sources）最近的一项研究，生物质为聚合物和类似材料制成的电极提供了一种潜在的更便宜、更简单的替代品 。
然而，要真正进入电池的主导地位，化学反应会驱动产生电压，超级电容器需要显著提高其能量密度 。D'Arcy说他的充电砖与锂离子电池相比“两个数量级的差距”，就其所能储存的能量而言 。
他说：“这是我们试图做的另一件事，帮助聚合物储存更多的能量 。很多团体都在尝试这样做，”他补充道，“但他们没有用砖块来做 。”
原文标题：普通砖头“变身”超级电容器？
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