麻省理工學(xué)院（MIT）科研團(tuán)隊(duì)近日取得重大突破，成功研發(fā)出一種兼具結(jié)構(gòu)承載與電能儲(chǔ)存功能的創(chuàng)新材料——“EC3”導(dǎo)電碳混凝土。這種新型建材不僅可作為建筑主體材料，更能像電池一樣實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)與釋放，為建筑儲(chǔ)能領(lǐng)域開辟了全新路徑。

研究團(tuán)隊(duì)通過精準(zhǔn)調(diào)控材料配比，將EC3的能量密度提升至傳統(tǒng)方案的十倍。該材料由水泥、水、超細(xì)炭黑及電解質(zhì)復(fù)合而成，其內(nèi)部形成的導(dǎo)電納米網(wǎng)絡(luò)使墻體、道路甚至橋梁在保持結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，具備能量存儲(chǔ)能力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，2023年時(shí)滿足一個(gè)家庭日用電量需約45立方米材料，而采用優(yōu)化后的電解質(zhì)配方后，僅需5立方米即可實(shí)現(xiàn)同等儲(chǔ)能效果，體積相當(dāng)于普通地下室墻體。

科研人員借助FIB-SEM層析技術(shù)發(fā)現(xiàn)，炭黑顆粒在材料孔隙中自發(fā)形成分形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種獨(dú)特的“自組裝”機(jī)制極大提升了電解質(zhì)的滲透效率，為導(dǎo)電性能的突破提供了關(guān)鍵支撐。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Masic教授強(qiáng)調(diào)，納米尺度下材料組分的自發(fā)有序排列是實(shí)現(xiàn)多功能集成的核心要素。

在電解質(zhì)適配性方面，EC3展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。該材料不僅可兼容常規(guī)電解質(zhì)，甚至能直接使用海水作為電解介質(zhì)，這一特性使其在沿海基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和海上風(fēng)電領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。研究團(tuán)隊(duì)通過改進(jìn)摻入工藝，將電解質(zhì)與水混合后直接澆筑，成功制備出厚度更大、效率更高的電極結(jié)構(gòu)。測(cè)試表明，采用有機(jī)電解質(zhì)的1立方米EC3材料可存儲(chǔ)超過2千瓦時(shí)電能，足以支持家用冰箱全天運(yùn)行。

為驗(yàn)證實(shí)際應(yīng)用效果，研究團(tuán)隊(duì)建造了一座EC3拱門結(jié)構(gòu)。該拱門在承受荷載的同時(shí)，可通過內(nèi)置LED燈實(shí)現(xiàn)照明功能。特別值得注意的是，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到壓力時(shí)，燈光亮度會(huì)發(fā)生規(guī)律性變化，這種特性為建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供了創(chuàng)新解決方案。

此前，EC3材料已在日本札幌應(yīng)用于人行道加熱系統(tǒng)，有效解決了冬季積雪問題。隨著MIT團(tuán)隊(duì)在能量密度和制備工藝上的持續(xù)突破，這種多功能建材在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用潛力得到進(jìn)一步釋放，為綠色建筑和智慧城市建設(shè)提供了新的技術(shù)選擇。