我国学者在混凝土结构-储能一体化研究中取得进展

图 （a）混凝土结构-储能一体化设计思路示意图；（b）性能对比雷达图；（c）全球各国及区域住宅建筑集成储能混凝土后化石能源依赖降低评估；（d）承载作用下电化学性能演示；（e）混凝土储能系统与太阳能发电结合户外测试图；（f）混凝土储能系统燃烧试验

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52122802、52078126）等资助下，东南大学缪昌文院士与冯攀教授团队在混凝土结构-储能一体化研究中取得进展，相关研究成果以“锌阳极与水泥的结合：开拓可规模化的能量存储新路径（Integration of zinc anode and cement: unlocking scalable energy storage）”为题，于2024年9月4日发表在《国家科学评论》（National Science Review）上。论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae309。

　　可再生能源（如风能、太阳能和潮汐能）的迅速发展加速了化石燃料的替代进程，并展现出广泛的应用潜力。然而，由于可再生能源对电能的生产与需求不匹配，亟需大规模、安全且经济高效的储能解决方案，以进一步提升可再生能源的利用效率。现有的储能技术，如锂基电站和抽水蓄能系统，受限于高成本、安全性隐患以及应用区域的地理限制，难以满足这一需求。

　　针对这一关键问题，研究团队提出了一种创新性方法，通过将安全且成本低廉的锌电极集成到水泥砂浆中，开发兼具结构功能与可扩展性的水泥砂浆储能系统。这种水泥砂浆同时具备双重功能：既可作为电池隔膜提供高效的离子导电性，又具备优异的承载能力以保障结构的力学完整性。利用该水泥砂浆制备的结构储能系统具有高比能量密度（71.4 Wh kg⁻¹，功率密度为68.7 W kg⁻¹）、高面能量密度（2.0 Wh m⁻²，功率密度为1.9 W m⁻²）、优异的循环稳定性（经过1000次循环后容量保持率约为92%）以及卓越的安全性（能够通过1小时燃烧测试）。此外，通过验证该结构储能系统与太阳能发电的结合及其可规模化的潜力，进一步表明了这一新型储能系统具有变革性意义。

　　水泥混凝土材料因其低成本、资源丰富和优异的耐久性，成为全球范围内应用最广泛的结构材料。因此，利用水泥混凝土构建高效的结构储能系统，不仅可以减少对有限空间的占用，简化传统高密度电化学储能系统的设计复杂性，还能够拓展储能技术从民用设施到大型基础设施等多领域的应用前景。这种电化学储能混凝土的开发有望重新定义并革新现代基础设施建设。