牆壁也能儲電！ 麻省理工「儲能混凝土」打破未來都市的想像

「電力」一直是攸關民生的重要議題，如何發電、儲電、用電，將會成為提升世界各國韌性的下一個關鍵。而將視角轉向美國，針對儲電問題，麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）的團隊正著手研究，如何將電力「存進你家牆壁裡」。

透過將奈米材料「超細碳黑（ultra-fine carbon black）」，與水泥、水、電解質混合，麻省理工學院團隊成功製造出一種「儲能混凝土」——「ec^3」，這種混凝土中的成分可以形成導電網路，使其具備類似「電容」的功能，既能儲存也能釋放電力。

「鋰」和「鈷」都不再需要了？ 「儲能混凝土」的關鍵配方其實很簡單

目前最新版本的「ec^3」，每立方公尺可儲存超過2000瓦時（1瓦時 = 1瓦特*1小時）的能量，足以供應一台冰箱一整天的電力，麻省理工團隊評估，大約5立方公尺的混凝土，就能供應一般家庭的每日用電需求。

為什麼「ec^3」能具備如此高的儲電效率？秘密藏在它奈米尺度的結構中。麻省理工研究人員利用聚焦離子束顯微鏡，繪製了「超細碳黑」的碳粒子在混凝土微小孔隙周圍形成導電網路的分布圖，當碳粒子環繞著孔隙排列成類似「分形」的幾何圖案時，混凝土的能量儲存效率就會大幅提升。

儲能混凝土最大的優點之一，就是可以減少使用如鋰和鈷的傳統電池礦物。透過廣泛使用容易取得的水泥、碳和電解質，儲能混凝土減少了對開採資源的依賴及電池生產對環境的影響，使再生能源儲存更加永續且容易。

從古羅馬建築汲取靈感 「帶電拱門」在MIT實驗室裡橫空出世

「古羅馬人在混凝土建築方面取得了重大進展，像萬神殿這樣的巨大建築至今仍然穩穩的矗立著，如果我們可以持續嘗試將材料科學與建築願景結合，未來我們也可能得以站在像『ec^3』這樣的建築革命的最前線。」麻省理工學院電子導電碳水泥基材料中心 （EC³ Hub）共同主任Admir Masic說。

麻省理工團隊嘗試從羅馬建築中汲取靈感，建造出了一座迷你「ec^3」拱門，向大眾展示它如何兼顧建築結構與能量儲存功能。這座拱門可以穩定以9伏特運作，還能在支撐自身重量與額外承重的同時，讓LED燈亮起。

然而，當拱門承重增加時，發生了一件特別的事：燈光閃爍了一下，麻省理工團隊推斷，這很可能是因為外部應力會影響混凝土中的電接觸點或電荷分布，「這代表儲能混凝土可能有某種『自我監控能力』，當受到強風等壓力源影響時，其電力輸出可能會波動，我們或許能利用這點，作為結構受壓時間及程度的信號，即時監控建築的整體狀況。」Admir Masic說。

住宅、道路、人行道都能儲電！ 「儲能混凝土」打破未來都市營造的想像

儲能混凝土的應用，可能可以為電力使用帶來革命性的影響。混凝土牆、地板或地基，在未來都可以像隱形電池一樣，白天儲存太陽能、晚上釋放，家庭可以使用更多自己儲存的電力，從城市電網中獨立出來，同時還不需要騰出空間，設置龐大的電池儲存櫃或置放架。

除了單棟住宅，道路、人行道、停車場，甚至商業建築都可以澆置儲能混凝土，打造整個城市的分散式儲能網路，電動車也能直接從連接太陽能或風能系統的道路充電。

然而，儲能混凝土也是有極限的。雖然儲能混凝土在穩定、低功耗上表現優異，但當電壓突波發生時，它的表現仍無法與傳統電池匹敵；同時，混凝土如果加入過多碳黑，也可能削弱結構強度，工程師必須在電氣性能與安全施工標準之間取得平衡。