搭配屋頂太陽能 兼顧能源與環保 磚塊蓄電 房子變發電站

編譯/韋士塔 |2020.09.12
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編譯/韋士塔

價格低廉、外觀毫不起眼的磚塊,是常見的房屋建材,但科學家利用燒製紅磚的多孔特性,賦予磚頭新功能,成為可以儲存電力的設備。這項研究開啟了磚造房屋成為發電站的可能性,也成為應對氣候變遷的新契機。

美國華盛頓大學的研究團隊發現,含有特殊塑膠「Pedot」成分的化學氣體,能與磚塊的紅氧化鐵成分產生反應,形成具有導電能力的塑膠奈米纖維。這些微型的奈米纖維會把磚頭的細孔填滿,有如一張塑膠奈米纖維網,導電性極佳。

經過這種技術處理,普通的磚頭就搖身一變,成為「電力磚」(power brick)。第一批研發成功的小型電力磚原型充飽電後,每塊電力磚儲存的電力僅夠點亮1顆小燈泡,但如果能夠持續擴充儲存量,磚頭有可能成為鋰離子電池的低成本替代品。

這項研究已發表在《自然通訊》期刊(Nature Communications),參與研究的達西(Julio D′Arcy)表示:「屋頂太陽能面板產生的電力,必須搭配儲存設備使用,通常是蓄電式電池。我們的研究雖然只是在初期階段,但已經為將來的超級電容器(supercapacitor)提供新的思考方向。」

電池和電容器並不相同,前者是透過化學反應儲存電力,電容器則以電荷形式,把電力儲存在固體中,例如華盛頓大學研發的電力磚。超級電容器的充電和放電速度均快於傳統電池,且使用壽命較長,約可重複使用1萬次,目前的最大瓶頸是蓄電量過低。

華盛頓大學研究團隊正設法提高超級電容器的能量密度以及電池的充電速度,他們開發的電力磚能量密度是鋰離子電池的1%。目前,研究人員準備在磚塊加入其他材料,例如金屬氧化物,以提升電荷儲存量。

達西指出,如果電力磚的電荷儲存量能提升至目前水準的10倍,就有機會進行商業化量產,加上成本相對較低,甚至有機會完全取代鋰離子電池。過去10年來,鋰離子電池的成本雖已大幅降低,但仍未降到能夠廣泛使用的水準;水力發電的效率持續提升,但往往受限於地形;如何儲存大量電力,也是一大挑戰。

另外,再生能源雖然不會對氣候產生負面影響,且取之不盡,但太陽能、風電等再生能源的產生過程容易受天氣影響,時斷時續;因此,開發出合適的再生能源儲存設備,對改善氣候變遷問題而言,相當重要。

英國倫敦大學學院電子化學工程教授布瑞特(Dan Brett)指出:「過去對於建築物內的能源儲存研究,主要聚焦於熱能。華盛頓大學的研究顯示,電力也是值得關注的領域;雖然超級電容器尚未問世,但最新研究證實這個概念的確有實現的可能性。」

英國華威大學(University of Warwick)電力電子學教授麥克馬洪(Richard McMahon)則表示:「能源儲存是當前的重要議題,尤其是電力;如果華盛頓大學的研究能盡早突破到實際應用階段,對能源和環保領域來說都是好消息。」

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