紅磚，俗稱 “板兒磚” “磚頭”，在我們的認(rèn)知里，它只是一種燒結(jié)型建筑磚塊。紅磚既有一定的強(qiáng)度和耐久性，也因多孔而具有一定的保溫絕熱、隔音等特點(diǎn)，配上鋼筋、混凝土，非常適合做建筑墻體材料。
但是，在 26 歲的博四學(xué)生王泓民看來(lái)，紅磚還有另外一個(gè)用途——儲(chǔ)能，他將其稱為 “儲(chǔ)能磚”。
“相比于傳統(tǒng)的儲(chǔ)電裝置，儲(chǔ)能磚最大的優(yōu)勢(shì)是可規(guī)模化，當(dāng)用電需求較小時(shí)就堆一面小墻用于儲(chǔ)能，需求大時(shí)也可以將整棟建筑都用來(lái)儲(chǔ)能，而傳統(tǒng)的儲(chǔ)電裝置很難做到這一點(diǎn)?！?王泓民告訴 DeepTech。
同時(shí)，他還表示，作為一種建筑材料，紅磚本身也不會(huì)占用其他多余的空間。
王泓民所說(shuō)的儲(chǔ)能磚并非空穴來(lái)風(fēng)，事實(shí)上，一塊紅磚 “配” 上導(dǎo)電聚合物，可儲(chǔ)存的電量確實(shí)可以讓一個(gè)發(fā)光二極管（LED）亮起來(lái)，且可充放電次數(shù)高達(dá) 10,000 次。此外，在 -20 °C 至 60 °C 的環(huán)境下還可以防水。
圖｜經(jīng)特殊處理的紅磚為發(fā)光二極管供電（來(lái)源：Nature Communications）
這一最新研究成果以論文的形式發(fā)表在科學(xué)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）上，王泓民為第一作者，他的導(dǎo)師、美國(guó)圣路易斯華盛頓大學(xué)助理教授胡里奧·達(dá)西（Julio D’Arcy）為通訊作者?！斑@個(gè)團(tuán)隊(duì)里，除了 D‘Arcy 教授和我?guī)У谋究粕渌际侵袊?guó)留學(xué)生?！?王泓民說(shuō)。
（來(lái)源：Nature Communications）
根據(jù)論文的描述，研究人員利用磚的多孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用氣相沉積技術(shù)為紅磚添加一層名為 PEDOT 的導(dǎo)電聚合物，從而把紅磚變成一個(gè)儲(chǔ)能電極。充電后的儲(chǔ)能磚可以作為超級(jí)電容器像傳統(tǒng)電池一樣儲(chǔ)存電能，并隨時(shí)為其他裝置供電，由儲(chǔ)能磚砌成的墻可以儲(chǔ)存大量電能。
研究人員表示，這項(xiàng)工作或許可以為具有儲(chǔ)電功能的多用途增值建筑材料的開(kāi)發(fā)帶來(lái)啟示。
靈感來(lái)自紅磚房
“那一天，當(dāng)我看到一棟漂亮的紅磚房時(shí)，我的腦子里立刻閃過(guò)了這樣一個(gè)想法：既然房子是由這么多堆疊的紅磚砌成的，就像堆疊的電極一樣，它們可不可以用來(lái)儲(chǔ)存電能呢？”
正是源于這樣一個(gè)想法，王泓民在博士期間開(kāi)始了儲(chǔ)能磚的研究。
一般來(lái)說(shuō)，紅磚是不可能儲(chǔ)存電能的，因?yàn)樗墙^緣的，而且在電化學(xué)上也是惰性的。但是，王泓民及其團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種在紅磚上誘導(dǎo)生長(zhǎng)導(dǎo)電聚合物納米纖維的化學(xué)合成方法，從而使得儲(chǔ)能磚的想法成為可能。
在這一過(guò)程中，紅磚內(nèi)的鐵銹對(duì)于誘發(fā)聚合反應(yīng)十分關(guān)鍵，而鐵銹在自然界中十分常見(jiàn)，在腐蝕的金屬器具、紅色的土壤、紅色染料、微生物和紅磚中都有分布，任何含有氧化鐵的物質(zhì)原理上都可以被轉(zhuǎn)化并用來(lái)儲(chǔ)能。
“除了紅磚，我們還嘗試了混凝土，只要在混凝土表面摻入薄薄一層常見(jiàn)的紅色顏料（主要成分為氧化鐵），混凝土也可以被反應(yīng)并創(chuàng)造出儲(chǔ)能混凝土?！?王泓民說(shuō)。
為了讓紅磚 “變身” 儲(chǔ)能磚，他們將紅磚放在了化學(xué)反應(yīng)物蒸汽中，并將其表面的氧化鐵轉(zhuǎn)化為了一種藍(lán)色的可以導(dǎo)電的塑料（一種導(dǎo)電高分子，具有電化學(xué)活性，可用于儲(chǔ)能）。當(dāng)兩塊紅磚中間夾一層電解質(zhì)時(shí)，這個(gè) “三明治” 結(jié)構(gòu)便可以儲(chǔ)存電荷，兩塊磚頭分別為這個(gè)裝置的正極和負(fù)極；當(dāng)多塊磚頭堆疊在一起的時(shí)候，根據(jù)電路的不同，可以串聯(lián)或并聯(lián)，從而為電器供電。
圖｜將紅磚表面的氧化鐵轉(zhuǎn)化為一種藍(lán)色可導(dǎo)電塑料（來(lái)源：Nature Communications）
王泓民表示，這一研究的初衷是希望提供一個(gè)大規(guī)模儲(chǔ)能的可能性，最終目標(biāo)是將儲(chǔ)能磚融入到建筑當(dāng)中，用于儲(chǔ)存就地收集的電能（比如，風(fēng)能和太陽(yáng)能），并為建筑本身供電，從而提高能源使用效率。
如果儲(chǔ)能磚被融合進(jìn)建筑物中，可與屋頂?shù)奶?yáng)能或風(fēng)能采集裝置耦合，用于儲(chǔ)存這些裝置產(chǎn)生的能量，從而讓整棟樓在陰天或者無(wú)風(fēng)的天氣也能用上可再生能源。
更大膽的暢想是，既然這一技術(shù)有潛力將一整棟建筑物變?yōu)橐粋€(gè)儲(chǔ)能元件，那么如果更多功能化的建筑材料受這一研究的啟發(fā)而被開(kāi)發(fā)出來(lái)，這將賦予建筑物更多電子元件的功能。屆時(shí)，一整座城市便可像一個(gè)巨大的電腦主板，每一棟建筑物都是一個(gè)獨(dú)立的電子元件，相互連接，而又各司其職。
盡管十分看好儲(chǔ)能磚技術(shù)的商業(yè)化前景，但王泓民也表示，目前這一工作還只是處于概念證明的研究階段，單塊儲(chǔ)能磚可以儲(chǔ)存的能量有限，目前使用的導(dǎo)電聚合物也比較貴，他們也并不是十分清楚潛在的市場(chǎng)規(guī)模有多大。不過(guò)，他們正在嘗試通過(guò)使用其他材料為紅磚提供更大的能量密度。
“一旦儲(chǔ)能密度提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，這項(xiàng)技術(shù)就可以被商業(yè)化?！?王泓民說(shuō)。
在科研中 “放飛自我”
王泓民出身于南京，目前就讀于美國(guó)圣路易斯華盛頓大學(xué)，“我目前是博四，還有一年就畢業(yè)了，正在國(guó)內(nèi)外尋找攻讀博士后的機(jī)會(huì)?！?
從高中開(kāi)始，他就對(duì)化學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，尤其是在創(chuàng)造新物質(zhì)、新材料方面。在高二時(shí)，他就自學(xué)了大學(xué)的化學(xué)課程，并獲得了全國(guó)高中生化學(xué)競(jìng)賽江蘇賽區(qū)二等獎(jiǎng)。高中時(shí)期儲(chǔ)備的大學(xué)知識(shí)，讓王泓民在進(jìn)入武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院后可以輕松處理本科學(xué)業(yè)，并且騰出大量的課余時(shí)間和精力用于業(yè)余科研。整個(gè)大學(xué)期間，他的平均學(xué)分績(jī)點(diǎn)（GPA）高達(dá) 3.8/4.0。
大學(xué)畢業(yè)時(shí)，他以第一作者身份發(fā)表了兩篇綜述，并且以第二作者身份發(fā)表了一篇科研論文，這些成果幫助他申請(qǐng)到了美國(guó)圣路易斯華盛頓大學(xué)的全獎(jiǎng)博士。
“但博士期間的科研并非一帆風(fēng)順，好在我的導(dǎo)師 D‘Arcy 為實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了十分寬松的研究氛圍，甚至沒(méi)有要求在特定的時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室。”王泓民說(shuō)。
沒(méi)有了時(shí)間上的限制，王泓民在科研上便開(kāi)始 “放飛自我”。他經(jīng)常在凌晨三四點(diǎn)時(shí)還在做電鏡實(shí)驗(yàn)，然后回家睡到第二天中午再來(lái)實(shí)驗(yàn)室，“因?yàn)橥砩掀唿c(diǎn)之后電鏡上機(jī)費(fèi)用有折扣”；周末有了靈感便整日泡在實(shí)驗(yàn)室，而如果工作日 “思維枯竭”、需要換換腦子時(shí)，就不去實(shí)驗(yàn)室。
圖｜王泓民的實(shí)驗(yàn)室（來(lái)源：王泓民）
“放養(yǎng)式的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，使我的思維得以解放，并在讀博期間大膽嘗試了自己提出的四五十個(gè)想法，雖然大部分想法都失敗了，最終產(chǎn)出的成果也只有四五篇論文，但每篇論文都以非常高的創(chuàng)新性被選為當(dāng)期雜志的封面論文。” 王泓民說(shuō)。
采訪的最后，王泓民表示，他們的這項(xiàng)研究結(jié)合了建筑學(xué)和化學(xué)這兩個(gè)看似毫不相關(guān)的領(lǐng)域，除了科學(xué)上的意義，他也堅(jiān)信這項(xiàng)研究能激發(fā)公眾對(duì)科學(xué)的興趣，及對(duì)身邊看似普通的物件和材料的創(chuàng)造性思維。
