一块水泥砖能给手机、汽车充电？是真的！5月9日，记者从东南大学了解到，由中国工程院院士、东南大学教授缪昌文和材料科学与工程学院教授周扬团队研发的仿生自发电-储能混凝土正式亮相。这项全球首创的技术直击建筑行业高能耗痛点，将水泥从“能源消耗者”变为“能源综合体”，实现自发电与自储能的双重突破。

历时4年研发

让水泥可发电、可储能

“建筑行业的碳排放占社会碳排放总量的50%，能耗占比也超过45%以上。”周扬告诉记者，以太阳能光伏为代表的清洁能源技术，虽然可以有效地降低建筑碳排放，实现碳达峰、碳中和目标，但是受天气制约大、储能成本高昂等短板也愈发凸显。为了解决这些问题，周扬团队依托重大基础设施工程材料全国重点实验室，在国家自然科学基金首批原创-探索项目的资助下，历时4年研发了仿生自发电-储能混凝土，涵盖自发电水泥基超材料、自储电水泥基超级电容器两大技术模块，让混凝土这种世界上用量最大的建筑材料变为能源的生产者、储存者。

记者在现场看到，团队成员将4块自发电水泥串联在一起后，产生了3.1伏的电压，LED灯泡随即亮了起来。水泥为什么可以自发电？周扬向记者解释到：“有温差，自发电水泥材料就可以将热能转化为电能，做到持续发电。这样便填补了清洁能源受天气制约的供应缺口。”。此外，自发电水泥在力学性能上同样表现优异，抗压强度提升60%、韧性增强近10倍，破解了传统热电材料力学性能不足的难题。

自储电水泥同样表现优异。现场，给一块20厘米见方的水泥存好电后，就像一块充电宝顺顺利利给手机充上了电。“混凝土本身是不导电的，我们在混凝土内部搭建了离子通道，在保持水泥高强度的同时，将离子导电率提升6个数量级，具有良好的电化学可逆性与快速的电荷转移能力，20000次充放电循环后，仍然能保持其初始比电容的95%，可与建筑同寿命。”

另外，在此基础上，团队还进一步基于特种磷酸镁水泥研发储能材料，离子电导率高达101.1mS/cm，超越现有商用固态电池材料。经测算，如若将其制成储能墙板，可存储居民住宅约一天的用电量，与光伏配套使用，能提升光伏利用率30%以上，降低用电成本超过50%。

借鉴植物智慧

给水泥搭建离子“高速通道”

东大团队研发的仿生自发电-储能混凝土之所以能成为“全球首创”，其背后的仿生机制不可忽视。

“我们这两项创新成果的核心灵感源于对植物根茎的深度观察。”周扬表示，不同于传统的混凝土搅拌工艺，团队借鉴植物维管组织的层状木质结构，为离子传输提供“高速通道”，并通过界面选择性调控离子通过。

受此启发，团队开发了双向冷冻冰模板法。给混凝土搅拌筒装上两个垂直的冷源，让水结冰形成层状结构。层状的界面为水泥提供了生长模板，这样就形成了一层水泥一层冰的形态。待冰融化后，利用压力向水泥内填充柔性材料。

这样一来，团队成功复刻了植物维管的微观形态，实现了水泥基材料高强、高韧、高离子导电率的统一，让水泥兼具建筑材料与能源载体的双重属性。

应用前景广阔

可充电道面最快年底见面

“在服务区里，新能源车主必须要找到一个充电桩才能给车充电。如果铺设了我们这种材料，车主停到车位上便可充电。”周扬透露，目前，团队已经与浙江省交通集团技术研究总院达成合作，可充电道面将在今年年底或明年初与大家见面。

此外，仿生自发电-储能混凝土应用前景广阔。建筑领域，自发电、自储能水泥可以做墙板，大幅降低对外部电网的依赖；在偏远地区，无人基站、环境监测传感器等设备，将依靠水泥的自发电特性稳定运行，有效解决传统电源供应难题；低空经济领域，自供电混凝土跑道既能为飞行器提供无障碍起降场地，又能在其停留时补充续航能量，推动城市空中交通安全高效发展。

缪昌文院士表示，在全球朝着碳达峰、碳中和目标迈进的当下，水泥混凝土材料正不断改写传统建材“结构承载-能源消耗”的单一属性，朝着绿色低碳、多功能、可持续的方向发展，构建“材料-能源-环境”协同发展的新范式。团队这项成果，不仅为“双碳”目标提供关键技术支撑，更预示着未来建筑将从“环境负担”转变为“生态伙伴”，为人类绿色智能生活开辟无限可能。

通讯员 吴涵玉

扬子晚报/紫牛新闻记者 王赟

少年志编辑 刘梦琦

摄影 刘莉

校对 陶善工