一块看似普通的灰色水泥砖，却可以为手机充电——混凝土墙变为“充电宝”，这幕科幻般的场景，正在东南大学上演。

5月9日，东南大学缪昌文院士、周扬教授团队最新科研成果——全球首创的仿生自发电-储能混凝土正式亮相发布。这项颠覆性技术直击建筑行业高能耗痛点，以水泥为载体开辟全新能源路径，有望重塑未来建筑与能源格局。

“板砖”可发电可储能

在建筑能耗占全国总能耗45%、碳排放超50%的严峻背景下，传统光伏能源受天气制约、储能成本高昂的短板愈发凸显。东南大学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，研发了仿生自发电-储能混凝土。该成果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，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。

记者在现场看到，团队将4块不及魔方大小的自发电水泥块串联后，可以实现3.1伏的电压，进而轻松点亮LED灯泡。“自发电水泥基超材料只要存在温差就能持续发电，填补了清洁能源受天气制约的供应缺口，可以和光伏等技术配合使用。”周扬解释，“我们利用离子热电效应，当材料两侧有温差时，离子扩散速率差异会产生电压。”

根据这一原理，团队研发的N型热电水泥，上下表面温差1摄氏度就能产生约40.5毫伏电量，比传统水泥基热电材料最高值高出10倍；而另一款P型热电水泥热电效率高，其功率因子和热电优势分别达到传统材料最高值的50倍和40倍以上。

据悉，自发电水泥基超材料在力学性能上同样表现优异，相比普通水泥，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。

自储电水泥基超级电容器同样令人惊叹。“它是三明治结构，两侧水泥电极存储活性物质和离子，中间水泥电解质实现快速离子传输，从而达成电量存储。”发布会现场，周扬指着一块边长为10厘米的正方体自储电水泥基超级电容器说，将这块“水泥”充满电后，其电量可以供一台便携手持小风扇转一天。

“水泥混凝土本身是不导电的，但通过在水泥混凝土内部构建离子传输‘高速公路’，我们在保持水泥高强度的同时，将离子导电率提升6个数量级，使之具有良好的电化学可逆性与快速的电荷转移能力。同时，这种新型混凝土的外壳仍然是不带电的，人碰到也不会触电。”周扬介绍，这款新型混凝土在20000次充放电循环后，仍然能保持其初始比电容的95%。这也意味着它能与建筑同寿命，耐久性远超现有电池材料。

在此基础上，团队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%。

藏在植物根茎里的智慧

东大团队研发的仿生自发电-储能混凝土之所以能领跑全球，其背后独特的仿生机制功不可没。

“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。” 周扬分享，在传统水泥混凝土施工中，往往是水泥加水直接进行搅拌，其内部结构无序，无法构建离子传输的“绿色通道”。而在自然界中，植物维管组织的层状木质结构不仅强韧，还能为离子传输提供“高速通道”，并通过界面选择性调控离子通过。

于是，团队创新开发双向冷冻冰模法，即在搅拌混凝土时施加两个垂直的冷源，让水实现层状结冰，为水泥水化产物提供生长模板，实现一层水泥一层冰的形态；随后，团队仿照植物的维管组织结构，在冰融化后向水泥层填充柔性材料。

“这种柔性材料本身导离子的能力很强，这样的结构最终可以实现水泥基材料高强度、高韧性、高离子电导率的统一。”周扬说。

可充电道面最快今年底“上线”

“节假日期间，很多新能源车主都会担心车辆充电问题，而如果使用我们研发的新型水泥材料建造可发电可储电的‘零碳’服务区，那么车停在道面上即可以充电，再也不用抢充电桩了。”周扬透露，目前团队已和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。

除此之外，仿生自发电-储能混凝土还具有广阔应用前景，有望重塑多个领域的能源格局。比如，在建筑领域，自发电、自储能水泥制成的墙板可使建筑大幅降低对外部电网的依赖，变身“绿色能量体”；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；而在低空经济领域，自供电混凝土跑道既能为飞行器提供无障碍起降场地，又能在其停留时极速补充续航能量，推动城市空中交通安全高效发展。

“传统水泥混凝土是一个能量消耗比较大的工艺，而我们将‘环境负担’变成了生态伙伴，这是一项巨大变革。”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，也为人类绿色智能生活开辟无限可能。

新华日报·交汇点记者 谢诗涵/文 刘莉/图

通讯员 吴涵玉

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