砖头也能做电池?26岁华人做到了!可充电万次(组图)

人类文明早在上世纪初期就迈入了电气时代，但那时候的电很难储存起来，通常需要找到固定电源才能用得上电。后来随着科技的发展，移动电源开始普及，先是单车装上了电池，从而变成了电单车；手机装上了更小的电池，变得更便于携带。后来出现了由电池供能的汽车，新能源汽车的发展拉开了序幕。

在如今的中国，大街小巷都能看到共享充电宝，它们的本质也是储存电能的装置，由此可见可靠的电源储存装置在未来的发展中一定会发挥不可或缺的作用。而砖头是人类社会中普遍存在的建筑材料，几乎所有的居民楼都需要用砖头来构筑墙壁，但如果说砖头可以用来制作电池，应该没有多少人会选择相信吧？



笔者和大多数朋友一样，起初认为这只是某些人提出的噱头，毫无科学依据。但在看到国际顶级期刊《自然·通讯》上出现了一篇关于研发砖头电池的论文后，才惊讶地发现原来砖头真的可以用来制作电池。这篇论文的第一作者是一位华人青年，那么他是怎样发现砖头能用于制作电池的呢？砖头电池的原理又是什么呢？

华人青年是如何想到用红砖来设计电池的？

这位华人青年被誉为“天才华人”，他发表这篇论文时才26岁，但已经在读博四了。据了解，王泓民从小就对化学表现出了浓厚的兴趣，特别是在研究如何创造新材料、新物质方面。中学时候，他认为教材里的化学知识已经无法满足他的渴求，于是自学大学化学课程，最终考入了武汉大学。由于他自身拥有非常扎实的化学功底，再加上在本科期间继续进行深入钻研。



大学四年他就已经发表了两篇综述，并有一篇二作。大学毕业后，王泓民受邀到美国华盛顿大学直接攻读博士。一般人在26岁的时候在读研三或博一，而王泓民已经读到博四了。对于王泓民的能力，他的导师胡里奥·达西教授表示王泓民经常能提出一些天马行空的想法，而且执行力很强。文章开头讲到的砖头电池，就是王泓民众多奇怪想法中的一个。



根据王泓民的描述，有一天他在户外看到了一栋红砖房子，房子墙壁上的红砖头十分显眼，引起了王泓民的注意。王泓民看着那些形状规则的物体，发现它们有点像堆积起来的电极，于是他萌生了用砖头来做电极的想法。虽然这只是一个突然出现的想法，但王泓民回到实验室后立即开始查资料，着手研究如何研发砖头电池。

为什么红砖可以被设计成电池？

大多数砖头之所以是橙红色的，是因为砖头里面含有较多的氧化铁。在一般环境条件下，砖头是绝缘体，即使给砖头的两边加上电极，砖头也不会导电。但是王泓民通过翻阅文献发现，砖头内部存在多孔结构，这种结构和氧化铁的存在为砖头变电池创造了可能性。王泓民在将自己的想法告诉导师后，导师很快组织人手进行相关实验。



在实验中，研究人员先是将红砖头置于160摄氏度的高温环境下，然后往存放砖头的密闭容器中输送盐酸蒸汽。这么做的目的是利用砖头的多孔结构，使得盐酸蒸汽与砖头有充分接触的机会。然后是通过化学反应释放出砖头里的铁离子，铁离子与氧化自由基结合后产生了一层覆盖在砖头外面的纳米纤维层。



化学实验表明，这层名为“PEDOT”的纳米纤维层具有高度的电化学活性，更关键的一点是它能够储存电能。这些现象说明了砖头可以用来制作化学电池，于是研究人员给砖头通电，让它的一头带正电荷，另一头带负电荷，中间用铜导线连接起来，就形成了一个闭合电路。在接下来的实验中，研究人员用外部电源给砖头电池充电，然后用LED灯来测试它的性能。



实验结果显示，砖头电池在4.5V电压下充电大约15秒钟的时间，就能够将一个白色的LED灯点亮。不仅如此，研究人员还对砖头电池的性能进行测试，发现它至少能够进行一万次的充放电，而且在低至零下20度、高达60度的环境中都能正常工作。

砖头电池未来会有应用前景吗？

砖头电池的研发让王泓民以及他背后的团队受到了许多化学家的注意，但外界也有声音质疑该项研究，认为这种砖头电池没有商业应用前景。对此，王泓民给出了自己的想法，他指出如果从单个砖头电池来看，它的性能确实不是最好的，但是砖头电池在本质上是建筑材料，在一定条件下可以转变成电池，为未来绿色居家提供了可能性。



如今市面上出现了许多清洁能源产品，主要是与太阳能、风能相关，但是这两大能源在很大程度上受到自然因素的影响，例如阴天无法获得充足的太阳能、无风的天气无法获得充足的风能。而砖头电池正好可以解决这些问题，如果未来能将风能、太阳能的收集装置与砖头电池结合，那么砖头电池既能在雨天里靠风能储电，也能在晴天里靠太阳储电。



王泓民认为砖头电池未来可能给建筑行业带来革新，因为它作为建筑材料的同时也能充当储电装置，是构建自供电系统的关键材料。但目前砖头电池还处于试验阶段，连王泓民自己也承认还有许多问题需要解决，例如砖头电池的制作成本较高、储能还相当有限等等。

倘若砖头电池的这些问题能得到解决，那么它的用途将不局限在地球上。在人类星际移民的宏伟蓝图中，砖头电池也可以贡献出重要作用。不妨设想一下未来的火星基地上人类建造起一面面红墙壁，并用这些墙壁作为电源的场景。 阅读原文