构思中的“重力电池”可能能够实现长期储存能量

构思中的“重力电池”可能能够实现长期储存能量从本质上讲，这个解决方案将依赖于利用风能、太阳能和其他可再生能源产生的多余电力，并将其储存在由质量负荷制成的电池中，而不是像你在手机中使用的化学电池。这些质量负载将被抬高并储存在那里，当你需要额外的电力时，就会被放下，从而让被保存下来的势能形成一个重力电池。这幅插图显示了能量是如何被用来创造势能的，展示了重力电池是如何工作的。图片来源。LuckySoul但这是如何作为一个电池工作的呢？《大思考》杂志上发表的一篇文章概述了这一基本想法，它实际上非常简单。思考一下重力是如何工作的。当一个球从山上滚下来时，它在创造能量，因为球在运动，而这种能量首先是通过消耗能量将球移到山上开始的。同样的原理也适用于这些重力电池。通过使用能量将质量负荷移到一个大的垂直隧道上--比如说矿井--我们基本上是在消耗这种能量。但是，由于质量负荷（可能是沙子、石头、泥土或其他东西）被抬起，我们现在可以把它放下，创造额外的能量。因此，虽然它不是一个标准的电池，但重力电池仍然可以作为一个能量存储解决方案，只是不是以你想象的通常方式。这种能量传统上被科学家称为重力势能，虽然它在本质上不是电，但可以很容易地转换为从重力电池的运动中取出这种能量，然后将其转移到电线上，将其输送到需要的地方。这是一种非主流的想法，但这种思维往往推动我们文明中最大的科学突破。这也不是我们第一次看到重力被用来给电池充电，一辆设计成永远运行的火车也使用了类似的重力电池过程，每当火车下坡时就会充电，只要轨道给它充电的机会，它就可以一直运行。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341873.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341873.htm

科学家将水、水泥、炭黑等混合物变成一种超级电容器

科学家将水、水泥、炭黑等混合物变成一种超级电容器01房子变电池建造这种“超级电容器”，并不需要什么高精尖的科技材料，甚至非常简单，用的都是生活中最常见的原材料，而且都非常便宜——水、水泥和炭黑。我们不常听到的炭黑，也不是什么难以合成的材料。这是一种用于制造汽车轮胎的高导电材料，是不完全燃烧过程中产生的木炭杂质，可以用来制造墨水、颜料、橡胶...将它们混合、凝固后，就可以获得一个储能高，而且几乎不损耗的导电纳米级复合材料。其实原理也很简单，麻省理工学院的科学家发现，当水泥与水混合且静置一段时间后，水泥与水反应时，会产生一些空隙。这时候炭黑派上了用场，将其混入混凝土混合物中后，由于其疏水性，排斥水分，碳会聚集在这些空隙中，自然形成一种类似于树枝状的网络，最后在凝固硬化的水泥中会形成一种线状的结构。这些线状结构像树枝一样，会产生许多大的分支，大的分支又会产生更小的分支，更小的分支则会越来越小地分裂下去。最终致使在看起来极为有限的空间中形成巨大的表面积。要知道，电容器的储能量是和电极的体积相关的，如果把1毫米变成1米，就能提供更多的电力。在极为有限的空间中，形成巨大的表面积这一特性，为接下来的储能上限的研究添加了极大的想象空间。而加入的炭黑则担任了导电线的角色，水泥与水发生反应后这些线状结构就像是连接两个极板的桥梁，使得整个混合物具有了导电性。项目参与者之一的马希奇（AdmirMasic）表示，随着混合物的固化，水泥中的水化反应系统地消耗了水分，而这种水化反应主要影响碳纳米颗粒，因为它们具有疏水性。炭黑则会形成一条导电线。最重要的是，只需使用在地球上任何地方都能获得的这些廉价材料，就能轻易复制这一过程。然后，他们将这种材料浸入常规电解质材料中，例如氯化钾，利用薄薄的空间或绝缘层隔开，氯化钾的带电粒子会沉淀在碳丝结构上。其结果是，就会形成一个非常强大的超级电容器，可以存储电能并达到10000次以上的稳定充放电循环。不过严格来说，超级电容器并不等同于电池，而是介于电池和电容之间的一种储能装置。简单来说，电池是将化学能转化为电能的装置，它通过在化学反应中将化学能转化为电子的形式来储存电能。其寿命有限，在能量转化的过程中会有损耗。电容器的工作原理，则是在两个电导板之间积聚电荷，通过电场来储存电能。而电容器储能和放电的过程不涉及化学反应，因此循环寿命很长，其充放电速度要比电池快得多。但因为电容器的能量密度较低，放电速度过快等局限性，限制了电容器的应用场景。而超级电容器，就是介于两者之间的一种特殊电容器，利用电极和电解质之间形成的静电双层来储存电荷，可以存储和释放比普通电容器更多的电能，并且可以比电池更快地充放电。之所以研究这样的超级电容器，省理工学院土木工程教授、这项研究的作者之一的弗朗茨（Franz-JosefUlm）表示，因为太阳能和风能并不总是可用，迅速建造更多价格合理的储能设备是摆脱化石燃料的必要条件。而且超级电容器不会随着时间而降低储能能力，也不需要使用锂离子电池中那些昂贵、有争议的材料，如钴和锂。由于炭黑很便宜，其成本跟混凝土的成本差不多。极低的成本下，有着相当广阔的落地空间。比如应用在房屋建设中，通过电缆连接屋顶上的太阳能板，使用这种材料制成的地基可以用来储存与房屋一天内使用量相当的太阳能。房子就会变身成为一个巨大的充电宝，随用随储。这个团队的研究还发现，添加的炭黑越多，超级电容器存储的能量就越多，不过混凝土结构强度也会下降，所以可以针对所需混凝土结构的强度不同，来添加炭黑的比例造出不同的混凝土“电池”。不仅如此，在风力发电场中，它可以用于风力涡轮机的底座，这种混凝土还可以用来制造道路，可以在电动汽车经过该路面时为其提供非接触式充电。这就比较有意思了，在经过一系列研究石墨烯、炉子炼超导等大费周章的手段以后，这一次人们需要的，也许仅仅只是一台搅拌机。02仍在起步阶段其实这项技术并非刚刚问世，在2023年，麻省理工的这个团队就在《PNASNexus》杂志上发表了“混凝土电池”的文章，并且还做出了小型样品。该团队当时认为，一个家庭的平均每日用电量约为10千瓦时。根据计算，一块尺寸为45立方米（或码）的纳米炭黑掺杂混凝土，也就是一个约3.5米宽的立方体，储存一日所需能量绰绰有余。由它造成的房子还能一直存储太阳能发电或者风力发电带来的能量，而且它的特性决定充放电速度比我们现在常用的电池要快得多。只要有需要，无论什么物品，都可以自由使用它储备的电源。理论成立的情况下，他们也开始实操。在测试确定水泥、炭黑和水的最佳比例之后，该团队造出了一些和纽扣电池差不多大小的超级容电器。每个超级电容器可以充电到1伏特，连接其中三个就可以看到这些小东西点亮3伏发光二极管（LED）的能力。证明可行性之后，他们计划从建造一个大约12伏汽车电池大小的版本开始，慢慢增加到45立方米，而且他们还设想，用这种混凝土材料来铺路。借助感应技术，路过的电动汽车就可以边移动边充电。不过截至目前，这项技术仍处于起步阶段。他们目前验证的结论是，炭水泥超级电容器只能存储为10瓦的LED供电30小时的能量。此外，早在2021年，瑞典查尔姆斯理工大学（ChalmersUniversityofTechnology）的一个团队称，已经研究出了可充电混凝土的雏形，与之前的容量相比，储存的电量增加了900%以上。他们的研究人员首先在以水泥为基础的混合物中加入少量的短碳纤维，然后在混合物中嵌入一个金属涂层的碳纤维网，铁为阳极、镍为阴极。和用土豆制作电池类似，这个装置被证明能够进行放电然后再充电。尽管采用新的设计其储能比之前的容量多出10倍。但实验中，该电池平均能量密度为每平方米7瓦时（或每升0.8瓦时），与商业电池相比能量密度很低。根据这项研究的联合作者EmmaZhang的发言，这个装置200平方米的储能仅可以供应一个典型美国家庭每日用电量的8%。显然，麻省理工的研究已经不再需要在混凝土中铺设网状电极，并且性能也比瑞典团队的装置更高。虽然说“混凝土电池”的研究仍处于实验室阶段，但是超级电容器的应用范围已经很广。在我们的日常生活中，像手机、相机、路灯、电动玩具等设备都可以见到超级电容器的身影。举个例子，由于其充放电速度快、重复使用次数多，超级电容器在轨道交通领域被广泛使用。2020年，上海市新增了89辆超级电容公交车，覆盖了中心城区的五条主要线路。这些公交车可以利用乘客上下车的间隙，1分钟的时间就能充满电，并且续航里程达到10-15千米。同样，它也被应用于分布式发电和配电网系统、军事设备、有轨电车等领域。可以预见，当我们攻克超级电容器存电量不足、工作电压较低等挑战后，“混凝土电池”才会落地有望。很多人的“家”，也能变成小型发电站了。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434488.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434488.htm

美国重力储能公司在中国签下五个新项目

美国重力储能公司在中国签下五个新项目美国一家重力储能公司扩大中国业务版图，签下五个新项目，可24小时不间断供应清洁能源。据彭博社星期一（11月6日）报道，总部位于加利福尼亚州的EnergyVaultHoldingsInc.与中国天楹等合作方宣布与五个地方政府达成协议，开发储能能力1160兆瓦时的项目。五个项目分别将在河北、江苏、甘肃、吉林和新疆建设。EnergyVault首席执行官罗伯特·皮科尼（RobertPiconi）称，项目将于今年或明年开工，12至18个月内并网。EnergyVault在中国还有另外两个项目正在开发中。浙江省100兆瓦时的系统处于最后调试阶段，还有一个2000兆瓦时项目在内蒙。公司在新闻稿中表示，加上这五个新项目之后，项目总规模超过10亿美元（约13.5亿新元）。在众多力图解决可再生能源间歇性问题的技术中，重力储能为其中一种。间歇性问题指如何在没有太阳或者没有风的情况下供电。皮科尼在接受采访时说，与电池和抽水蓄能相比，重力储能未经足够检验，但新项目显示了该技术大规模使用的潜力。重力储能系统是庞然巨物，配备滑轮和重力块，电力过剩时将重力块升至一定高度，从而将电能转换为势能进行存储；在需要电力时，系统再逐次下放重力块，将重力势能通过发电机转化为电能。2023年11月7日7:21AM

科学家发现水基电池的储存能力有着高达1000%的差异

科学家发现水基电池的储存能力有着高达1000%的差异化学工程教授JodieLutkenhaus博士和化学助理教授DanielTabor博士在《自然材料》上发表了他们关于无锂电池的研究结果。"不会再有电池火灾了，因为它是水基的，"Lutkenhaus说。"在未来，如果预测到材料短缺，锂离子电池的价格会大涨。如果我们有了这种替代电池，我们就可以转向这种化学，其供应要稳定得多，因为我们可以在美国这里制造它们，而且制造它们的材料也在这里。"Lutkenhaus说，水电池由阴极、电解质和阳极组成。阴极和阳极是可以储存能量的聚合物，而电解质是与有机盐混合的水。电解液通过其与电极的相互作用，是离子传导和能量存储的关键。她说："如果一个电极在循环过程中膨胀得太厉害，那么它就不能很好地传导电子，就会失去所有的性能。我相信，由于肿胀效应，储能能力有1000%的差异，这取决于电解质的选择。"根据他们的文章，氧化还原活性的非共轭自由基聚合物（电极）是有希望成为无金属水电池的候选者，因为这种聚合物具有高放电电压和快速氧化还原动力学。由于电子、离子和水分子的同时转移，该反应很复杂且难以解决。研究人员在文章中说："我们通过使用电化学石英晶体微天平在一系列时间尺度上进行耗散监测，检查不同混沌/交变特性的水电解质，证明了氧化还原反应的性质。"Tabor的研究小组用计算模拟和分析对实验工作进行了补充。仿真让人们深入了解了结构和动力学的微观分子尺度的情况。"理论和实验经常紧密合作以了解这些材料。在这篇论文中，我们在计算上所做的新事情之一是，我们实际上将电极充电到多种电荷状态，并观察周围环境如何对这种充电做出反应。"研究人员通过准确测量电池运行时有多少水和盐进入电池，从宏观上观察电池阴极是否在某些种类的盐存在时工作得更好。"我们这样做是为了解释在实验中观察到的情况，现在，我们希望将我们的模拟扩展到未来的系统。我们需要让我们的理论得到证实，什么是驱动这种水和溶剂注入的力量。""有了这种新的储能技术，这是对无锂电池的一种推动。"Tabor说："我们对是什么让一些电池电极比其他电池电极工作得更好有了更好的分子水平的描述，这为我们在材料设计方面的进展提供了强有力的证据。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355015.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355015.htm

科学家展示新方法：利用磁铁在微重力条件下从水中获取氧气

科学家展示新方法：利用磁铁在微重力条件下从水中获取氧气科学家们展示了一种利用磁铁在微重力条件下从水中获取氧气的方法，这被描述为帮助人类进入深空的系统发展的一个关键进展。该技术作为一种具有成本效益和可行的方式，在宇航员的旅程中保持呼吸，并标志着在没有浮力的情况下从水中生产氧气的一个重要突破。“在国际空间站，氧气是通过一个电解池产生的，该电解池将水分裂成氢气和氧气，但随后你必须将这些气体排出系统，”研究主要作者ÁlvaroRomero-Calvo解释说。“美国宇航局艾姆斯研究中心的一位研究人员相对较新的分析得出结论，在火星旅行中调整同样的架构将有如此重大的质量和可靠性损失，以至于它的使用没有任何意义。”在太空中提取氧气的困难与缺乏重力有关。在地球上，重力在帮助二氧化碳气泡漂浮到表面方面发挥了作用，例如在一杯苏打水中。但是在太空中，这些气泡仍然悬浮在液体中。这些气体可以在笨重和昂贵的离心机的帮助下被提取出来，但是科学家们已经花了多年时间探索如何利用磁铁达到同样的效果。为了在类似太空的环境中研究这种可能性，研究作者转向了德国的不莱梅落塔，这是一个146米高（480英尺）的科学设施，它将一个防震舱坠落到地面，以创造一个短暂的微重力实验时间窗口，在这种情况下持续9.2秒。科学家们开发了一种新技术，利用钕磁铁将气泡从各种液体的电极表面分离出来。在他们成功的实验中，研究人员首次能够使用这种方法在微重力下用磁力吸引和排斥气泡。科罗拉多大学博尔德分校的HanspeterSchaub教授说：“经过多年的分析和计算研究，能够在德国使用这个神奇的落塔，具体证明了这个概念将在零重力空间环境中发挥作用。”根据该团队的说法，这一进展可以为下一代航天器带来新一代的生命支持系统，并且是那种可以极大地帮助将人类送往月球和火星的技术。研究报告的作者、华威大学的KatharinaBrinkert博士说：“这些效应对相分离系统的进一步发展有着巨大的影响，例如用于长期的太空任务，这表明即使在几乎没有浮力的情况下，也可以在水（光）电解器系统中实现高效的氧气和氢气的生产。”这项研究发表在《npjMicrogravity》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1305473.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1305473.htm

不仅仅是储存电力 科学家开发出两用可充电电池

不仅仅是储存电力科学家开发出两用可充电电池可充电电池将电能储存在电极材料中，而氧化还原液流电池则使用储存在连接电极的储液罐中的化学物质。科学家们最近设计出了一种混合电池系统，它不仅能储存和提供电能，还能在流动系统中生成有用的化学物质。在使用过程中，糠醛-氢氧化镍电池可将生物质来源的糠醛转化为糠醇或糠酸。糠醛是一种由农业生物质中常见的戊糖形成的小分子，被认为是一种重要的平台化学品，可以从中获得多种中间体，用于各种用途。它可以被氧化成糠醛酸，糠醛酸是一种食品防腐剂，也是合成药物和香料的中间体。糠醛还原后可转化为糠醇，是树脂、香料和药物的前体。段浩宏和来自中国北京清华大学的研究团队现已成功地在混合液流电池的运行过程中获得了这两种增值化学品，从而提高了电池系统的成本效益。标准的可充电电池在充电时将电能储存在电极中，并在放电时将电能输入电路。另一种电池类型是氧化还原液流电池，它将电能储存在化学物质中，化学产物在两种状态之间循环，并留在电池中。结合这两个概念，研究人员调查了这种电池在储存或提供能量的同时能够产生额外化学物质的程度。突破性进展是阳极的双功能金属催化剂。这种催化剂由铑-铜单原子合金制成，在电池充电时能顺利地将电解液中的糠醛转化为糠醇，而在电池放电时则形成糠酸。在阴极方面，研究人员发现了一种掺钴氢氧化镍材料，类似于传统镍锌电池或镍氢电池中使用的阴极材料。这种电池组件形成了一个真正的两用电池系统：在充电（使用太阳能电池）后，四个串联的混合电池能够运行各种设备，包括LED灯和智能手机，同时在电池循环过程中不断产生糠醇和糠酸，这些化学物质通过一个流动系统被带走。作者发现，这种新型混合电池在能量密度和功率密度方面可与一些普通电池相媲美，但它能同时提供电能和增值化学品。在储存1千瓦时能量的同时，可生产0.7千克糠醇，而当系统提供0.5千瓦时的能量时（一台冰箱可在此能量下运行几个小时），可生产1千克糠酸。不过，糠醛会不断进入系统，必须将产品与电解液分离。该团队的混合概念朝着提高可充电电池的可持续性和成本效益迈出了一步，但仍需进一步发展这一概念。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380745.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380745.htm