根据美国圣路易斯华盛顿大学的 Julio D’Arcy 和同事的介绍,他们已经开发出一种让这种红砖变身为一种名为超级电容器的储能装置。利用砖的多孔结构,研究人员使用气相沉积技术为整块砖添加了一层名为 PEDOT 的导电聚合物,让砖变成一个储能电极。 砖本身的红色色素——氧化铁(铁锈),对于诱发聚合反应来说十分关键。这种“智能砖”可以储存能量,电能可以持续储存,一直到需要为设备供电的时候。 研究人员还用一个概念验证装置证明可以用一块砖直接给一个发光二极管(LED)充电。 红砖之所以总是呈现红色,主要是因为它主要的组成物质是红色的——通常情况下,红砖由熔融颗粒的二氧化硅(SiO2),氧化铝(Al2O3)和赤铁矿(ar -Fe2O3)2组成。而砖的红色来源于赤铁矿,这种色素在 73000 年前就被人类首次使用,现在是一种低成本、天然丰富的无机前体,用于催化物、磁体和合金。 不要小看了平平无奇的赤铁矿—— 当下,最强大的储能物质也来自赤铁矿。例如,FeNx、FeP 和 Li5FeO4 通过阴离子或阳离子交换合成钾离子电池、锌空气电池、假电容器和锂离子电池; 同时,利用赤铁矿的电化学性质的转变也可以用来制造 FeOOH 超级电容器阳极。 研究人员的灵感来自他们最近的研究主题—— 锈助气相聚合。在烧制红砖的过程中,赤铁矿会发生复杂的化学反应,这也为研究人员探索开发它的潜在效用提供了新的机会。在烧结砖上,8 wt% 的氧化锆-Fe2O3 含量和 3D 多孔微观结构为理想的坚固的电极设计提供了坚实的基底。 在砖上沉积纳米纤维PEDOT涂层 为了模拟砖-砂浆-砖结构,超级电容器改性使用的准固态电解质(聚乙烯醇/1 M H2SO4),也发挥粘合剂和分离器的作用。研究人员表示,这种设备是防水的,因为它们涂有环氧封装层,保护它们能够在温度在 20 到 60 摄氏度之间存储电荷。一个超级电容器在环境条件下是稳定的,经历 10,000 次充放电循环,库伦效率~100%,电容保持率~90%。另外,通过三台设备串联,制作出达到 3.6 V 电压窗的超级电容器砖模块。
研究人员表示,这一概念验证工作演示了如何在普通砖的表面存储能量,超级电容器技术也为这种极便宜的建筑材料增加了价值,并展示了一种可扩展的过程,为建筑应用中使用烧砖的嵌入式微设备提供能源存储。 砖中的红色颜料——氧化铁(铁锈)——是引发聚合反应的必要条件。研究人员的计算表明,用这些储能砖砌成的墙可以储存大量的能量。 “这些智能砖是为应急照明提供电力的理想建筑材料,”达西说,“我们设想,当你把砖和太阳能电池连接起来时,这可能成为现实——这可能需要 50 块砖,而这 50 块砖可以为应急照明提供 5 小时的电力。” “更值得一提的是,作为超级电容器的砖墙可以充电数十万次。如果你把几块砖连接起来,微电子传感器就可以很容易地获得电力。” 排版:赵辰霞 参考资料: |
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