中年|26岁南京科学家发明“储能砖”！板砖嵌入导电聚合物，墙壁变电池为建筑供电｜专访
红砖 ， 俗称 “板儿砖” “砖头” ， 在我们的认知里 ， 它只是一种烧结型建筑砖块 。 红砖既有一定的强度和耐久性 ， 也因多孔而具有一定的保温绝热、隔音等特点 ， 配上钢筋、混凝土 ， 非常适合做建筑墙体材料 。
但是 ， 在 26 岁的博四学生王泓民看来 ， 红砖还有另外一个用途——储能 ， 他将其称为 “储能砖” 。
“相比于传统的储电装置 ， 储能砖最大的优势是可规模化 ， 当用电需求较小时就堆一面小墙用于储能 ， 需求大时也可以将整栋建筑都用来储能 ， 而传统的储电装置很难做到这一点 。 ” 王泓民告诉 DeepTech 。
同时 ， 他还表示 ， 作为一种建筑材料 ， 红砖本身也不会占用其他多余的空间 。
王泓民所说的储能砖并非空穴来风 ， 事实上 ， 一块红砖 “配” 上导电聚合物 ， 可储存的电量确实可以让一个发光二极管（LED）亮起来 ， 且可充放电次数高达 10,000 次 。 此外 ， 在 -20 °C 至 60 °C 的环境下还可以防水 。
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图｜经特殊处理的红砖为发光二极管供电（来源：Nature Communications）
这一最新研究成果以论文的形式发表在科学期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上 ， 王泓民为第一作者 ， 他的导师、美国圣路易斯华盛顿大学助理教授胡里奥·达西（Julio D’Arcy）为通讯作者 。 “这个团队里 ， 除了 D‘Arcy 教授和我带的本科生 ， 其他都是中国留学生 。 ”王泓民说 。
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（来源：Nature Communications）
根据论文的描述 ， 研究人员利用砖的多孔结构 ， 通过使用气相沉积技术为红砖添加一层名为 PEDOT 的导电聚合物 ， 从而把红砖变成一个储能电极 。 充电后的储能砖可以作为超级电容器像传统电池一样储存电能 ， 并随时为其他装置供电 ， 由储能砖砌成的墙可以储存大量电能 。
研究人员表示 ， 这项工作或许可以为具有储电功能的多用途增值建筑材料的开发带来启示 。
灵感来自红砖房
“那一天 ， 当我看到一栋漂亮的红砖房时 ， 我的脑子里立刻闪过了这样一个想法：既然房子是由这么多堆叠的红砖砌成的 ， 就像堆叠的电极一样 ， 它们可不可以用来储存电能呢？”
正是源于这样一个想法 ， 王泓民在博士期间开始了储能砖的研究 。
一般来说 ， 红砖是不可能储存电能的 ， 因为它是绝缘的 ， 而且在电化学上也是惰性的 。 但是 ， 王泓民及其团队发现了一种在红砖上诱导生长导电聚合物纳米纤维的化学合成方法 ， 从而使得储能砖的想法成为可能 。
在这一过程中 ， 红砖内的铁锈对于诱发聚合反应十分关键 ， 而铁锈在自然界中十分常见 ， 在腐蚀的金属器具、红色的土壤、红色染料、微生物和红砖中都有分布 ， 任何含有氧化铁的物质原理上都可以被转化并用来储能 。
“除了红砖 ， 我们还尝试了混凝土 ， 只要在混凝土表面掺入薄薄一层常见的红色颜料（主要成分为氧化铁） ， 混凝土也可以被反应并创造出储能混凝土 。 ”王泓民说 。
为了让红砖 “变身” 储能砖 ， 他们将红砖放在了化学反应物蒸汽中 ， 并将其表面的氧化铁转化为了一种蓝色的可以导电的塑料（一种导电高分子 ， 具有电化学活性 ， 可用于储能） 。 当两块红砖中间夹一层电解质时 ， 这个 “三明治” 结构便可以储存电荷 ， 两块砖头分别为这个装置的正极和负极；当多块砖头堆叠在一起的时候 ， 根据电路的不同 ， 可以串联或并联 ， 从而为电器供电 。
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