科技日報記者 金鳳 通訊員 吳涵玉

水泥能發電還能儲電？這幕聽上去頗具科幻感的畫面，正在東南大學上演。5月9日，中國工程院院士、東南大學教授繆昌文團隊發布全球首創的仿生自發電-儲能混凝土。該技術直擊建筑行業高能耗痛點，以水泥為載體開辟全新能源路徑，有望重塑未來建筑與能源格局。

有數據顯示，目前，我國建筑全過程能耗占到全國能源消費總量的45%，碳排放量占全國排放總量超50%。同時，光伏發電受天氣制約、儲能成本高昂。

針對這些問題，東南大學團隊研發出N型熱電水泥和P型熱電水泥兩種自發電水泥基超材料，試圖將水泥從“能源消耗者”變為“能源綜合體”。

“其中，N型熱電水泥塞貝克系數達-40.5m伏/開，是傳統水泥基熱電材料最高值的約10倍；P型熱電水泥功率因數PF值是傳統水泥基熱電材料最高值的51倍，ZT值為傳統水泥基熱電材料最高值的42倍。”團隊科研人員、東南大學教授周揚介紹，自發電水泥基超材料只要存在溫差就能持續發電，這填補了清潔能源受天氣制約的供應缺口。此外，其抗壓強度提升60%、韌性增強近10倍，破解了傳統熱電材料力學性能不足的難題。

此外，團隊還研發出自儲電水泥基超級電容器，在保持水泥高強度的同時，將離子導電率提升6個數量級，具有良好的電化學可逆性與快速的電荷轉移能力，2萬次充放電循環后，仍然能保持其初始比電容的95%，可與建筑同壽命。

在此基礎上，團隊進一步基于特種磷酸鎂水泥研發儲能材料，離子電導率高達101.1毫西門子/厘米，超越現有商用固態電池材料。若將其制成儲能墻板，可存儲居民住宅約一天的用電量，與光伏配套使用，能提升光伏利用率30%以上，降低用電成本超過50%。

“成果的靈感源于我們對植物根莖的觀察。自然界中，植物維管組織的層狀木質結構不僅強韌，還能為離子傳輸提供高速通道，并通過界面選擇性調控離子通過。”周揚說，受此啟發，團隊運用雙向冷凍冰模板法，復刻植物維管的微觀形態，并向層間孔隙填充柔性材料，實現水泥基材料高強、高韌、高離子導電率的統一，讓水泥兼具建筑材料與能源載體的雙重屬性。

周揚表示，仿生自發電-儲能混凝土有望重塑多個領域的能源格局。在建筑領域，自發電、自儲能水泥制成的墻板可使建筑大幅降低對外部電網的依賴，變身綠色能量體；交通場景中，混凝土道面可憑借巨大表面積，成為可發電儲電的零碳服務區；在偏遠地區，無人基站、環境監測傳感器等設備，可依靠水泥的自發電特性穩定運行，解決傳統電源供應難題；低空經濟領域，自供電混凝土跑道既能為飛行器提供無障礙起降場地，又能在其停留時極速補充續航能量，推動城市空中交通安全高效發展。

繆昌文表示，水泥混凝土材料正不斷改寫傳統建材“結構承載—能源消耗”的單一屬性，成果不僅為“雙碳”目標提供關鍵技術支撐，也為人類綠色智能生活開辟無限可能。