砖头变“充电宝”？！3块砖让LED灯亮10分钟，再也不怕停电了

大数据文摘出品

来源：vice、nature

编译：牛婉杨

你没看错，这个砖头可以让LED灯亮起来。

就是这种很不起眼的普通红砖，不到一块钱就能买到，未来或许可以变成一个“充电宝”？

近期，圣路易斯华盛顿大学D'Arcy实验室发表了一项最新研究，发现砖块这种最基本的建筑材料竟然可以储电。

改造后的红砖能连接电源循环充电1万次，而且单次充电后，三块 4×3×1 cm 的砖块可以为绿色LED灯供电约10分钟（如上图所示）。虽然现在看起来，砖块储存的电量微不足道，但在未来加入更多金属氧化物后将大幅提高其储电性能，或将为储能建筑材料的设计带来启示。

这项研究发表在了《自然通讯》杂志上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-17708-1

这些照片和显微镜图像显示了普通烧制红砖在纳米纤维涂层沉积前后的结构，纳米纤维涂层增加了砖内的表面积。

经过修改后，该团队设计出了一种智能砖的原型，它能储存足够的能量来为绿灯供电。该团队目前正在利用这一发现制造使用各种金属氧化物和聚合物涂层的特殊砖块。

除了改进电导率和存储能力，这一项目的研究人员还希望证明空气传感器或水净化系统可以集成到砖块中。

也就是说，研究人员希望当水从屋顶流下并穿过砖块时就可以得到净化，然后将其收集起来。D’arcy猜想道，“我们总是考虑用过滤器净化水。但如果房子是一个过滤器呢？”

这都还是一种畅想，距离实现还很远。不过，近期D’arcy和他的同事们正专注于提高这些砖的发电效率，这样它们就可以作为普通家庭的备用电源，比如应急照明系统。

D’arcy说：“如果我们能增加一块砖所能储存的能量，我们就能扩大规模，并使用更少的砖。”

那么，在普通砖的表面储存能量，是怎么实现的呢？

烧制砖的开放微观结构、机械坚固性和~8wt%的α-Fe2O3含量为开发电化学PEDOT电极和可随时堆叠成模块的固定超级电容器提供了理想的基底。研究人员利用红砖的多孔结构，使用酸蒸汽溶解红砖内部的铁氧化物，为整块砖添加了一层由PEDOT（一种导电聚合物）组成的纤维网。

用环氧树脂作为防水外壳，使超级电容器在水下运行，凝胶电解质可将循环稳定性提高到10,000次循环，电容保留率高达90%。

在砖上沉积纳米纤维PEDOT涂层。

这项工作的灵感来自该团队近期发表的锈助气相聚合。赤铁矿所产生的化学反应为在烧结砖上开发尖端功能提供了机会，在烧结砖上，8wt%的α-Fe2O3含量和3D多孔微观结构为机械上坚固的电极设计提供了理想的基底。

在这里， 团队开发了一种超级电容器，使用砖的赤铁矿微结构作为反应物，蒸汽沉积导电聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)纳米纤维涂层(PEDOT)。气相合成使PEDOT涂料具有高电导率和容易的电荷转移，使其成为生产电极的理想途径。该合成利用砖的开放微观结构和热稳定性，使酸和单体蒸汽在160℃下通过其孔隙，以控制反相氧化自由基聚合导致的α-Fe2O3溶解和Fe3+水解。

纳米纤维PEDOT涂层砖的三电极表征。

以上演示了如何在普通砖的表面存储能量，使用α-Fe2O3作为氧化剂前驱体来控制氧化自由基聚合，并从气相共形沉积电容性纳米纤维PEDOT涂层。砖的结构稳定性和开放的微观结构使得砖电极具有坚固的机械性能，当连接在一起并涂上环氧树脂时，可以产生稳定的固定式防水超级电容器模块。

这项超级电容器技术可以为这种“十分便宜”的建筑材料增加价值，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。

Julio D'Arcy是圣路易斯华盛顿大学的化学助理教授，他在加州大学洛杉矶分校获得化学博士学位，他的专长领域是共轭聚合物，电化学和薄膜复合设备，对能源应用特别感兴趣。

Julio D'Arcy实验室的目标是发现和应用新型功能性纳米有机和无机材料，利用通用的合成化学协议来控制化学结构、纳米级形态和固有性质。

D'Arcy研究小组致力于发展电化学能源存储技术，使智能电网成为可能，并为交通工具和电子设备提供强大的动力。设备测试使用电化学技术，如循环伏安法，恒电流充电/放电曲线，和电化学阻抗谱。

想象一下，一旦用“砖”储电的设想实现，未来所有的房屋建筑都能自带砖头“储电机”，也会是一项改变未来城市的重要研究。

好了不说了，文摘菌去搬砖了！

相关报道：

https://www.vice.com/en_us/article/9358ye/scientists-turn-normal-red-bricks-into-electricity-storing-supercapacitors

https://3g.163.com/dy/article/FK807L0R0531I6Y1.html

Julio D 'Arcy实验室：

https://artsci.wustl.edu/faculty-staff/julio-m-darcy