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未來建築可以直接儲電? 科學家研發出最新「水泥電池」!| 一探啾竟 | 啾啾鞋

啾啾鞋 | 時政類 | May 29, 2021

此影片謄本由初四製作

Hey! 大家好! 我係啾啾鞋。最近全台灣各地輪流停電,一星期內停兩次電。我好多做設計或拍片嘅朋友都一片哀號,因為冇save到file。我諗以後我地租樓或者買樓都要先睇吓係咪H組。 (台灣供電區分A-F組,如需停電會輪流供電,如2017年停A同B組,今年停C同D組。H組地區內有國防、交通、醫院、政府大樓等重要場所,停止供電機會較微)。所以最近好多人開始對電力嘅基礎設施進行討論。講到呢度,多數人都會先諗到點樣解決「發電」嘅問題。無論係火力、風力、水力、核能等等。發電方式當然重要,但對於「儲能」設施嘅討論就相對少D。如果有好嘅儲能設施,當發電量大過用電量時,就可以將剩左嘅電能儲起,等到用電量升時就可以派上用場,減低發電廠嘅負擔。今日就同大家講吓最近幾種比較受關注嘅儲能方式。

首先第一種係重力儲能。其實用重力黎儲能都唔係咩新鮮事,好似水力發電就係一種重力儲能。之前瑞士嘅Energy Vault公司就有研發利用水泥塊黎儲電。原理好簡單,就係當發電廠電量有剩時,就用多餘嘅電力將一塊塊水泥從平地吊到高空,起一座塔,等到要用電時,就直接將水泥塊放落黎,利用重力自然地牽引,直接使用重力位能黎帶動發電機運作。呢個方法好處係當水泥吊高之後,電能轉換成為重力位能,佢就儲起左喺度,唔會隨住時間消逝,除非塊水泥自己跌左落黎啦。同埋佢嘅材料好簡單,就係水泥塊、吊車同發電機,完全唔洗用咩高超嘅技術,所以被認為係幾有潛力嘅一種儲能方式。好似日本嘅軟銀,就喺Energy Vault度投資左1.1億美元,表示佢地都覺得呢個技術係有發展嘅可能性。

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又好似英國嘅Gravitricity公司,佢地就反向思考,我地唔好起塔,將成個裝置擺喺地底會點呢?佢地打算利用一D廢棄左嘅鑽井或者係礦井,呢D都係D既有嘅、好深嘅井。然後用同樣原理,睇吓搬水泥塊定其他重嘅野都得,喺電力過剩嘅時候就將重野升高儲電,需要用電時就放番落去黎發電。原理一樣,只係放地底啫。不過呢D方法一係就要特登起一座水泥嘅儲能塔,一係就要有現成嘅廢井,或者特登掘個井先得。但水泥本身係用黎起樓架嘛,一般一層樓唔會俾你咁樣搬黎搬去。所以如果唔用重力儲能嘅方式,水泥仲有冇其他可能嘅儲能方式呢?

呢個就係第二種:水泥基電池嘅出現。最近喺瑞典嘅查爾默斯理工大學嘅研究團隊就成功喺實驗室入面研發出可以差電嘅水泥基電池。佢就真係將水泥本身變成電池,直接入電儲能,仲可以重複放電黎用。佢地首先係用0.5%嘅碳纖維撈入水泥度,增加水泥嘅導電性同抗彎韌性。電極就係用鐵同鎳金屬,將呢兩種金屬做成網狀嵌入水泥混合物,鐵做陽極,鎳做陰極。做好兩個電極之後,中間就用鹼性溶液同離子交換樹脂,攪入水泥裡面做電解質。咁樣做出黎嘅電池能量密度大約係每平方米7瓦時(kWh),或者係每升0.8瓦特。如果以一間正正方方30坪樓來講,30坪就係99.17平方米,當100啦,正方形嘅話就係每邊10米,樓高當3米2,整體嘅水泥面積就係328平方米。再乘番上面講嘅每平方米7瓦時,就等於一間咁嘅屋嘅儲電量係2,296瓦時。

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而台灣在2019年統計每一戶家庭每日嘅平均用電量係10.8度,即係10,800瓦時,即係話咁樣儲能可以俾一個家庭用5.1個鐘嘅電。雖然頂唔到成日,但都可以當做緊急調用嘅電力黎用啦。至少萬一停電,你要開燈或者電腦要頂一陣俾你save file,或者你怕雪櫃D野食變壞,呢D都可以唔洗擔心。當然呢個只係稍微估算吓架啫。佢呢個能量密度係以目前實驗室入面嘅環境同規模黎計嘅,如果係真實使用就唔一定可以咁樣直接倍數放大。同埋仲有D重點要考慮:用水泥係咪安全啦,同埋會唔會影響水泥嘅使用年限。

唔可以你一整好,掂一掂牆就會漏電﹔或者水泥用耐左之後就會爛晒碎晒咁。仲有,咁樣整,每單位體積嘅重量一定會上升,咁結構強度就要成個重新設計,同時成本都可能會大幅提高。因為你諗吓,低樓層要撐得住高層嘅重量,低層嘅水泥磅數一定要多D。可能最後你起棟樓嘅低層都係牆超厚,同埋柱超粗。不過至少我地啱先咁樣初步估算,如果安全同使用年限可以兼顧到,能量密度可以持續提高嘅話,咁的確係有D發展潛力嘅,只係目前技術上黎講仲有好長時間要行。

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同時我都睇到關於電池有另外一段好有趣嘅新聞,就係日本嘅日本製紙工業公司最近發表一項研究,佢地利用木質纖維原料黎取代鋰電池入面嘅稀有金屬,而且做出黎嘅電容量居然係目前主流鋰電池嘅2.5倍。呢種材料叫做纖維素納米纖維(Cellulose Nanofiber),簡稱CNF,呢個領域其實已經有人研究左好多年架喇。佢就係利用造紙所用嘅紙漿做出納米級嘅纖維分離,每一條纖維嘅闊度大約喺3至100納米之間。呢隻材料好勁,密度只有鐵嘅五分一,但強度係鐵嘅5倍,表面積又大,熱變型又少,所以可能應用嘅情景、領域就好多。而且只要係富含纖維素嘅原料,好似木材、麥、稻嘅秸稈,或者粟米、綿花等都可以用。所以我地就用D原本會俾林業或者農業丟棄嘅廢料,循環再用就得喇。

佢地又發現呢種納米纖維表面有好多凹凹凸凸嘅位,可以用黎做電子吸附,只要將佢一層一層堆砌起黎,就可以當做一個儲能嘅材料,仲可以唔洗用電解液,又好耐熱,唔會話一用就過熱,重點係佢可以取代鋰電池入面嘅稀有金屬,所以原材料嘅成本就降低左唔少。佢嘅能量密度以目前實驗室版本黎講係鋰電池嘅2.5倍左右,所以佢地計畫喺10年之後就要商業化。首先要用喺太陽能發電上,安裝喺太陽能電板嘅後面,因為好似太陽能呢種發電模式就係太陽猛果時發電量好高,呢個時候多左嘅就可以儲起,等到收太陽嘅時候就可以用喇。

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所以好似以上呢D例子都可以睇到世界各國嘅好多呢種傳統產業,尤其係成日俾人詬病話係高污染嘅產業都喺度諗緊轉型嘅出路,尤其係喺能源方面。所以我覺得大家喺討論發電方式嘅同時,當然呢樣都好重要,但係都唔好忽略左儲能嘅方式。兩者係相輔相成先可以建構一個比較完整、安全可靠嘅電網。

好,以上就係今次介紹嘅幾種儲能嘅方式,唔知你對呢D方式有咩諗法呢?係覺得好有發展潛力,定覺得好似都冇乜用呢?或者你仲知道D有潛力嘅儲能方式,都可以喺下面留言分享你嘅睇法。鍾意嘅話記得CLS、撳鐘仔,我地下次再見啦,拜拜!

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