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一块水泥就可以为手机充电？近日，东南大学缪昌文院士、周扬教授团队用全球首创的仿生自发电-储能混凝土，将这一幻想变为现实。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， 或将重塑未来建筑与能源格局。
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。 东南大学团队另辟蹊径，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。
自发电、自储能！ 重新定义水泥属性
水泥热电技术是基于离子热电效应， 利用材料温差驱动阴阳离子运动产生电压。 团队突破性研发的N 型热电水泥和 P 型热电水泥，性能远超传统材料———N 型热电水泥塞贝克系数达-40.5mV/K， 是传统水泥基热电材料最高值的约 10倍；P 型热电水泥功率因数 PF 值达到 1513uWm-1K-2,是传统水泥基热电材料最高值的 51 倍，ZT 值达到0.52， 为传统水泥基热电材料最高值的 42 倍。
更令人惊叹的是， 这类自发电水泥基超材料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，破解了传统水泥基热电材料力学性能不足的难题。 区别于依赖光照的光伏发电， 自发电水泥基超材料无惧阴雨天， 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。
储能混凝土技术则攻克了水泥既不导电也不导离子的世界级难题。 团队创新性地构建内部离子传输“高速公路”，在保持水泥高强度的同时，将离子导电率提升 6 个数量级。团队打造的水泥基超级电容器，其独特的三明治结构中，两侧电极层负责存储离子，中间电解质层保障离子快速传输。 将其与团队开发的适配的高性能水泥基电极材料组装，可形成全水泥超级电容器，具备良好的电化学可逆性与 快 速 的 电 荷 转 移 能 力 。 经 过20000 次充放电循环后， 仍能保持初始比电容的 95%， 可与建筑同寿命。
前期实验获得成功后， 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%。
师法自然！ 特殊工艺激活仿生结构
周扬透露， 两项创新的核心灵感源于对植物根茎的深度观察。
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。 受此启发，团队运用双向冷冻冰模板法， 在水泥浇筑时控制冰晶定向生长，形成有序的孔隙结构， 精准复刻植物维管的微观形态。 水泥凝固后，冰晶融化， 这些孔隙成为离子传输的高速通道， 为水泥实现储能与发电功能奠定了基础。
在此基础上， 团队向层间孔隙填充柔性材料，提高韧性的同时，模仿植物维管组织， 作为离子传输的高速通道。 如此一来， 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。
跨界革新！ 重塑未来能源场景
仿生自发电-储能混凝土的应用潜力正在重塑多个领域的能源格局。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”；交通场景中， 混凝土路面凭借巨大表面积，成为可发电储电的“零碳”服务区，未来新能源车无需充电桩，在路面行驶即可无线充电； 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，又能在其停留时极速补充续航能量，推动城市空中交通安全高效发展。
缪昌文院士强调， 水泥从单一结构材料向多功能复合材料的转变， 是全球绿色低碳建材的必然趋势。 东南大学的这项成果， 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”。 从实验室到现实场景， 仿生自发电-储能混凝土正加速迈向产业化， 为人类绿色智能生活开辟无限可能。