混凝土，作為現代城市建設的基石，正在經歷一場革命性的變革——它不再僅僅是支撐建筑的靜態材料，而是可能成為一種能夠儲存電能的“巨型電池”。近日，麻省理工學院（MIT）的研究團隊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表了一項突破性成果，他們開發的“電子導電碳混凝土”（Electron-Conducting Carbon Concrete，簡稱 ec3）在能量存儲領域取得了顯著進展。

這種新型混凝土通過在傳統水泥和水的混合物中加入超細碳黑納米顆粒與電解質，形成了一種內部導電的“納米網絡”。研究人員發現，這種結構使得混凝土不僅能夠承載重量，還能像電池一樣儲存電能。例如，一面普通地下室墻壁大小的 ec3 就可以儲存足夠的電能，滿足一個家庭一天的用電需求。

研究團隊最初在2023年提出，要讓混凝土具備足夠的儲能能力以滿足家庭日常用電，需要約45立方米的 ec3。然而，通過優化電解質的種類和添加工藝，他們成功將所需體積縮減至5立方米，儲能密度提升了整整一個數量級。這一突破意味著，未來的墻壁、人行道甚至橋梁都可能兼具儲能功能。

MIT 土木與環境工程系副教授阿德米爾·馬西奇指出：“混凝土的可持續性在于開發‘多功能混凝土’，讓它不僅是建筑材料，還能實現儲能、自愈和碳捕集等功能。既然混凝土已經是全球使用最廣泛的建材，為什么不能利用它的規模創造更多價值呢？”

為了深入理解 ec3 的儲能機制，研究人員利用 FIB-SEM 層析技術（離子束逐層切割與掃描電鏡成像結合）首次在納米尺度上重建了其內部的導電網絡。他們發現，碳黑顆粒在混凝土孔隙周圍形成了類似分形的“蜘蛛網”結構，這種結構既能被電解質充分滲透，又能讓電流順暢流動，從而顯著增強了儲能性能。

基于對這種納米網絡的深入理解，研究團隊進一步探索了不同電解質及其濃度的影響。他們發現，ec3 的適用范圍非常廣泛，甚至包括海水。這意味著 ec3 在近海和海洋環境中可能具有重要應用，例如作為海上風電的支撐結構。

在制備工藝上，研究團隊也進行了創新。此前，他們通常先讓 ec3 電極固化，再通過浸泡方式注入電解質，但這種方式滲透效率有限。此次，他們改為在拌制混凝土時直接將電解質加入拌水中，使得電解質能夠自然均勻地分布在材料內部。這一改進不僅提高了效率，還允許澆筑更厚的電極，從而增加了儲能容量。

在電解質的選擇上，研究團隊發現，以季銨鹽（常見于消毒劑等日常產品）與乙腈（常用工業導電液體）為基礎的有機電解質性能提升最為顯著。一個立方米的這種 ec3 能夠存儲超過2千瓦時的能量，足以維持一臺冰箱運行一整天。

盡管 ec3 的能量密度仍不及傳統電池，但它的獨特優勢在于可以直接融入建筑結構本身，無論是地板、墻體，還是拱頂與穹窿。只要建筑存在，儲能功能也隨之延續，大大減少了后期維護與更換的需求。

馬西奇教授用古羅馬的萬神殿作類比：“古羅馬人在混凝土建造上取得了輝煌成就，至今仍屹立不倒的萬神殿未加鋼筋卻依然堅固。如果我們延續這種結合材料科學與建筑美學的精神，或許正站在一場‘多功能混凝土’建筑革命的門檻上。”

為了驗證 ec3 的實際應用潛力，研究團隊制作了一座微型 ec3 拱門。在9伏電壓下，這座拱門不僅能夠承重，還能點亮LED燈。有趣的是，當拱門負載增加時，燈光會出現閃爍，這提示了應力與電流分布之間的潛在關聯。未來，這種“波動”或許可以被用來實現結構的自監測——當遭遇風荷載等外力時，建筑本身能通過電信號反饋出健康狀況。

事實上，ec3 已經在現實中有所應用。在日本札幌，當地曾利用其導熱性能建造加熱人行道，以取代傳統的撒鹽除冰方式。隨著儲能能力的提升，ec3 的應用前景更加廣闊。研究團隊設想的場景包括：停車場與道路可以為電動汽車提供無線充電；住宅與社區的房屋墻體可以儲能，使家庭實現“離網運行”；基礎設施如橋梁、地鐵甚至城市廣場可以成為分布式儲能網絡的一部分。

MIT 研究科學家達米安·斯特凡紐克指出：“我們的初衷之一就是助力可再生能源轉型。太陽能效率已大幅提升，但發電依賴日照。夜間和陰天如何滿足能源需求？答案就是儲能。而 ec3 能在不依賴稀缺或有害材料的前提下，提供解決方案。”

EC3 Hub聯合主任、MIT教授弗朗茨-約瑟夫·烏爾姆補充說：“以往的儲能主要依靠電池，但電池制造往往涉及稀缺甚至有害物質。我們認為，ec3 能作為可行替代，讓建筑和基礎設施直接承擔儲能功能。”

康奈爾大學材料與設計技術副教授詹姆斯·韋弗總結道：“混凝土是古老的建材，而我們證明它可以承擔全新的功能。通過將現代納米科學與人類文明最基礎的材料結合，我們正在打開一扇大門，讓未來的基礎設施不僅承載生活，更為生活供能。”