我們的許多常見(jiàn)設(shè)備都使用可充電電池(也稱為“二次”電池)，而不是一次性使用的不可充電電池(原電池)。我們預(yù)計(jì)遲早我們需要在某個(gè)時(shí)候更換不可充電電池，假設(shè)整個(gè)單元不是“一次性”的一次性產(chǎn)品(我知道在大多數(shù)情況下這是一件壞事，但有時(shí)它是為產(chǎn)品供電的唯一可行且有效的方式)。但是，使用帶有可充電設(shè)備的產(chǎn)品也很容易讓我們感到舒適，以至于我們很容易忘記，它們的使用壽命也是有限的，這取決于它們可以支持的充電/放電循環(huán)次數(shù)，同時(shí)還能提供大部分原始容量。

我們可以預(yù)期多少個(gè)周期?與現(xiàn)實(shí)世界中的大多數(shù)情況一樣，答案很簡(jiǎn)單：“視情況而定”。它取決于多種因素，例如電池化學(xué)成分、質(zhì)量、電池組結(jié)構(gòu)、電池管理系統(tǒng) (BMS) 的算法(如果有)、用戶放電/充電模式和深度、工作溫度、占空比和更多的。沒(méi)有單一的答案，但一個(gè)很好的初步估計(jì)是，在充電和使用電池的能力嚴(yán)重降低之前，有 500 到 1000 個(gè)循環(huán)(而且標(biāo)準(zhǔn)也不同)。

毫無(wú)疑問(wèn)，您已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)“沒(méi)電”(或幾乎沒(méi)電)的可充電電池場(chǎng)景。修復(fù)它的范圍從簡(jiǎn)單到令人沮喪，幾乎不可能克服。一些設(shè)備通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)可充電電池(如 AA 或 18650 尺寸)以及方便的訪問(wèn)安排來(lái)簡(jiǎn)化操作。

另一端是定制尺寸和/或難以使用的可充電電池。客戶友好型設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)電池(起搏器和類似設(shè)備除外)并使其易于更換(同樣有非常合理的例外情況)。

出于這些和其他原因，我嘗試跟蹤一般電池技術(shù)進(jìn)展的研發(fā)更新，特別是可充電電池，以及從便攜式到網(wǎng)格尺寸的所有容量。這就是為什么我對(duì)查爾默斯理工大學(xué)(瑞典)的一個(gè)研究項(xiàng)目感到著迷、好奇和有些困惑。

在那里，一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在研究在可充電電池中使用混凝土。簡(jiǎn)而言之，他們的開(kāi)發(fā)使用了一種水泥基混合物，并添加了少量的短碳纖維，以增加導(dǎo)電性和彎曲韌性。然后，嵌入金屬涂層的碳纖維網(wǎng) - 陽(yáng)極為鐵，陰極為鎳 - 被嵌入。研究人員研究了他們的混凝土電解質(zhì)、陽(yáng)極和陰極的兩種不同布置，具有層狀結(jié)構(gòu)和浸入式結(jié)構(gòu)，以及組合構(gòu)成材料和混合物的不同方式。

混凝土電池的兩種常見(jiàn)電池排列方式：(a) 層狀結(jié)構(gòu)和 (b) 浸入式結(jié)構(gòu)。

其結(jié)果是一種可充電電池，它基于整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中的大體積而不是按重量或體積計(jì)算的高能量密度的慣常優(yōu)點(diǎn)，使其具有可行性。他們對(duì)各種配方進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)最佳版本的基于體積的能量密度為 0.8 瓦時(shí)/升。

相比之下，鋰電池的密度約為 250-70 W-hr/L，而鉛酸電池的密度約為 80-100 W-hr/L。顯然，這些混凝土電池的能量密度比其他領(lǐng)先的電池化學(xué)選擇低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

研究人員通過(guò)指出基于混凝土的可充電電池實(shí)際上是一種“幾乎一勞永逸”的資源，如果它們用于建造大量使用混凝土的建筑物，則可以應(yīng)對(duì)這些低數(shù)字。我可以理解這個(gè)邏輯，但也許不是：這是一句俏皮話的變體，“我們每個(gè)人都在虧錢，但我們?cè)跀?shù)量上彌補(bǔ)了它”，除了這里，我們關(guān)注的是能量密度而不是金錢.

最后，他們的研究有一個(gè)很大的警告：到目前為止，基于混凝土的細(xì)胞只能承受適度的循環(huán)次數(shù)。在許多方面，這個(gè)數(shù)字與能量密度規(guī)格一樣重要。他們的學(xué)術(shù)論文對(duì)這個(gè)周期數(shù)有點(diǎn)含糊，但暗示它處于低兩位數(shù)。使用這種可充電混凝土作為大型建筑材料意味著建筑物的結(jié)構(gòu)必須是模塊化的，以便可以移除和更換混凝土部分，然后您還必須處理移除的材料。這種新配方對(duì)混凝土本身強(qiáng)度的影響又如何呢?

坦率地說(shuō)，這似乎不是一個(gè)有前途的方法，至少現(xiàn)在還不是。即使將評(píng)級(jí)提高到數(shù)百甚至數(shù)千次循環(huán)，混凝土建筑通常也可以使用 50 到 100 年。該混凝土可充電電池在整個(gè)生命周期內(nèi)需要多次更換。即使混凝土電池僅用于應(yīng)急備用電源，數(shù)字仍然看起來(lái)不太好。不過(guò)，我可能大錯(cuò)特錯(cuò)。盡管專家盡了最大的努力和權(quán)威人士的沉思，但長(zhǎng)期的未來(lái)是不可預(yù)測(cè)和不可預(yù)見(jiàn)的?；蛟S這樣的電池可以用作已用完電的電動(dòng)汽車的路邊增壓充電站：由于它們的重量和剩余材料價(jià)值低，它們不太可能被盜!