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磚頭也能變電池?研究顯示:利用其多孔特性,未來建築或許能成發電廠

2020.08.19
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環境資訊中心/編譯:姜唯

衛報報導,最新的奈米科技已經能把不起眼的磚塊變成可以儲電的電池,未來的建築物也許能成為真正的發電廠。

這項刊登於《自然通訊(Nature Communications)》期刊的新技術,充分利用紅磚多孔的特性,將磚頭中的孔隙用微小的導電塑膠奈米纖維填滿以儲存電荷。在首次嘗試中,這些磚塊所儲存的電力能點亮小燈。如果可以增加容量,有機會成為鋰離子電池的低成本替代品。

儲電磚屬於超級電容 充電和放電速度遠快於電池 但儲存能量少

嚴格來說,這些儲電磚算是超級電容,而非電池。超級電容將電能以靜電荷形式儲存在固體中,而不是像電池那樣透過化學反應儲存。超級電容的優點是充電和放電速度遠快於電池,但是目前為止,它們只能儲存少量能量。

全世界的研究人員都在努力提高超級電容的能量密度和電池的充電速度。尋找更好的儲電方式是因應氣候危機的關鍵,如此才能儲存大量但間歇性的再生能源。

研究團隊成員之一、美國聖路易斯華盛頓大學學者 Julio D′Arc 說:「住宅屋頂上的太陽能模組必須將電力儲存在某個地方,通常就是電池。我們的研究很有啟發性,但還不成熟。」

首批儲電磚的能量密度僅為鋰電池能量密度的 1%。達西認為,可以透過添加金屬氧化物之類的材料,將磚頭儲存的電荷增加 10 倍,如果成功,將帶來商業機會。

最終目標是讓儲電磚的能量密度逼近鋰電池。達西說:「如果做得到,這項技術會比鋰電池便宜得多,鋰電池將從此消失。」

探討建築物中的能量儲存時 多數人關注在熱能 其實電能也有其潛力

英國倫敦大學學院電化學工程學教授 Dan Brett 表示:「探討建築物中的能量儲存時,人們大多關注以熱能的形式儲存。這項研究顯示,電能也有其潛力,雖然距離所謂超級電容還很遙遠,但原理已經得到證明,還很有改進的空間。」

研究人員利用化學蒸氣與磚中的紅色氧化鐵反應,形成塑膠奈米纖維網,製造出了儲電磚的小型原型。其中使用的塑膠是一種叫做「Pedot」的特殊塑膠,因為它是很好的導電體。反應使紅磚變成深藍色。

超級電容的另一個優點是充電次數可以比電池多得多。在儲電磚的容量明顯下降之前,可以循環一萬次。

第一次嘗試時,磚頭儲存的電荷少到連直接觸摸都無感。但是將儲電磚堆成一堵牆後,就要用到絕緣塗層了。科學家們使用環氧樹脂來示範,這讓儲電磚甚至可以在水下作用。

達西說,用於製造儲電磚的化學反應可能會略微影響其結構強度。不過,今日磚頭在建築中最常見的用途是裝飾性的牆壁。

除了儲電磚 也有利用重力、將空氣壓縮成液體等其他儲能研究

鋰電池的成本自 2010 年以來已暴跌 90%,抽蓄發電在有山的地方也很有效,但是儲存大量電能仍然是一個挑戰,促使人們尋找替代品。

有一家公司利用重力來儲存能量,方法是將大磚塊堆疊在塔中,透過將磚塊扔回地面釋放能量。運用配重和豎井的類似方案也正在發展中。

將空氣壓縮成液體來儲能是另一種選擇。英國曼徹斯特附近正在興建一座大型工廠。有些專家支持氫氣,氫氣可以用再生能源分解水來生產。

全文轉載自環境資訊中心,原文標題:磚頭也能變電池?儲能研究揭最新奈米科技 關鍵因素在「多孔」

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參考資料
Powerhouses: nanotechnology turns bricks into batteries(The Guardian)

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Tech for good 風潮吹進台灣!科技應用 X 社會創新的潛力與限制

社企流第十場 Startup Night 於 2020 年 7 月 23 日於 Milk Bar by BKA 舉行,邀請均一教育平台執行長呂冠緯、阿龜微氣候創辦人林泰佑以及奧丁丁商務長王剛和,以自身經驗分享熱門創新科技的應用與建議。

社企流/文:蘇郁晴

運用科技解決社會問題的 Tech for good(科技向善)在歐美地區已蔚為風潮,在台灣,也有越來越多社會創新組織希望能藉由這些熱門技術,來解決複雜的社會問題。

然而,多數社會創新組織常會碰到「資訊不對等」的狀況,也許是不知道該以什麼樣的創新科技,結合社會議題;又或許是不夠了解科技的趨勢及優勢而受到限制。以下分別以 3 個常見的科技——線上平台、人工智慧和區塊鏈,解析如何結合社會議題,達到 Tech for good 的應用。

數位平台 X 教育:回歸教育本質,達成因材施教

均一教育平台(以下簡稱均一)以串流影片結合數位平台,提供國小至高中的孩子不限時間與空間限制學習各學科的內容,並以軟體後台掌握學習進度,讓每個孩子都能依照個人能力與狀況學習。執行長呂冠緯從問題發現、如何執行、發揮影響力 3 面向分享實踐 Tech for good 的實戰經驗:

  1. 問題發現:傳統教育無法解決學生們學習程度落差大等問,因此均一欲透過科技回歸教育本質,達到因材施教、適性學習的個人化學習。

  2. 如何執行:以線上軟體平台結合優質內容,創造智慧助教,並幫助孩子依照個人進度學習;教師則從「授業型」轉為「傳道解惑型」,協助少數需要特別關注的孩子。

  3. 發揮影響力:線上教育平台可觸及更多孩童,目前已有近 220 萬使用註冊者。當平台越趨成熟,孩子就能學習、使用更多元的內容,比如,台灣吧 X 均一推出「歷史素養教材」、Google X 均一「語音智慧助教」。

呂冠緯說,當科技逐漸注入教育,未來的大專院校就會偏向美國密涅瓦大學(Minerva School)那樣,把整個課程搬到線上進行,且教授可以看到每一位同學的臉,而科技則會觀測每一位學生的臉部表情與發言狀況,並為教授將學生的狀況分為「紅、黃、綠」3 類型,標示綠色的學生就需要特別關注。

雖然科技能夠幫助我們解決複雜的社會問題,並擴展影響力,但呂冠緯表示,想做怎麼樣的議題比使用什麼科技還要重要,要確認自己在做的議題有回應到大眾痛點,避免「想要使用科技,所以使用科技」。

最後,呂冠緯特別提及,Tech for good 做到最後,一定要擴展到政府端,如此才有機會調整久未更新的政策,擴展影響力。

人工智慧 X 農業:分析大量複雜數據,達成結果預測

阿龜微氣候結合軟硬體與資料分析,提供「田間微氣候感測裝置」、「農務紀錄 app」和「農業數據分析應用」3 項服務,讓農民能即時掌握田間狀況、便利紀錄農務,更將數據與專家知識結合,解決農業施肥、用藥、病蟲害等可能發生的問題。

近幾年,人工智慧討論度高,但並非每個人都知道欲解決的議題適不適合以人工智慧解決。

阿龜微氣候創辦人林泰佑提及,若是想要解決的問題與無法掌控的情境相關,則較難應用人工智慧。例如,汽車行駛在車道上可能會因為每個駕駛、或路面的狀況不同而有所影響,因此要以人工智慧製造自動駕駛就相對困難;反之,若是不受情境影響,如人臉辨識、車牌辨識等,就較容易以人工智慧解決。

此外,擁有的數據樣本數多寡,也會影響人工智慧的應用,因為人工智慧需要大量的數據才能做出較準確的判斷。樣本數多,如行經路上的車輛、每日的氣候資料;樣本數少,如颱風路徑、設備故障等。

綜上所述,林泰佑表示,人工智慧最適合解決有大量數據樣本、且與情境不相關的社會議題。簡而言之,只要是如專員發放振興卷等的重複服務、每日光照和降雨資料等複雜的計算、或是擁有大量資料但難以釐清的關係,都是較適合使用人工智慧的情況。

雖然人工智慧可以幫助我們分析大量的資料,並預測結果,但林泰佑表示,找到人們能便利運用這些科技的方法更為重要,若是推行太過複雜的服務,將難以普及化。

區塊鏈 X 跨領域產業:讓繁雜流程都能達到公開、完整的記錄

創立於 2010 年的科技公司奧丁丁,將區塊鏈技術導入市集和旅宿中,推出「區塊鏈旅宿管理系統 OwlNest」和「食品區塊鏈溯源系統 Owlchain」,解決旅宿業過往經常碰到重複訂房、民眾因食品原料來源不明而不敢購買的痛點,屢獲各大媒體的報導。奧丁丁目前提供的產品包括奧丁丁市集、奧丁丁旅遊、奧丁丁支付、奧丁丁地點。其商務長王剛和分享區塊鏈的應用,如何為不同產業帶來正向改變、發揮影響力:

  1. 食品 X 區塊鏈

2017 年食安風暴連環爆,奧丁丁創辦人王俊凱發現食安問題往往來自食物原料的不透明,為此,王俊凱利用區塊鏈公開且一旦寫上去就不能改的特性,建立「食品區塊鏈溯源系統 Owlchain」,不但能為食品業者建立良好的信用,也讓消費者能透過掃描「奧丁丁區塊鏈溯源認證」QR Code,即能知道商品的生產履歷。

  1. 二手車 X 區塊鏈

王剛和分享,台灣有超過 3 萬輛二手車,但二手車的市場卻不大,原因是大家都害怕買到耗損車、或是有改里程的車,且沒有人可以為此做認證。這時,銀行/保險公司可以在每個環節加入資料,區塊鏈就會連結所有汽車供應鏈上的資料,產生完整透明的汽車履歷,不但賣方帶來更好的商譽、和更高的轉手價格,也為買方提供安心的購買體驗。

  1. 疫苗 X 區塊鏈

王剛和舉例,若是明年新冠肺炎的疫苗製造出來,也許會有人盜賣、或透過不法管道購買。為此,區塊鏈可以紀錄疫苗從製作、運送,至注射的完整流程,若是發生任何問題,都可以清楚看到製造商資料、運輸過程的溫度、或注射對象等。

非科技專業,卻欲透過科技解決社會問題的人,該如何開啟科技創業?3 位講者皆認為,若是本身非相關背景的人,最重要的就是關注的議題為何,並要能清楚描述想要做的議題,讓擁有技術能力的人能理解、認同,才有辦法吸引相關人才的投入。

林泰佑也推薦想要尋找志同道合的創業夥伴的人,可以透過社群「g0v 公民科技創新獎助金」提案,有助於吸引有共同興趣的人加入,也能在提案磨合的過程中,找到真正適合走下去的創業夥伴。

呂冠緯也分享過去的經驗,自己當時並非科技背景的人,但他將錄製的教學影片放上 Youtube,沒想到無意間變成自己的個人簡歷,被當時擁有技術能力的均一創辦人方新舟所看見,並展開之後的協作關係。

綜合 3 位講者的分享,運用科技解決社會問題的 Tech for good 已經蔚為顯學,科技不但能為我們帶來更多便利性,也能更有效的擴張社會影響力。但掌握科技運用的同時,更要清楚了解自己想要執行的議題為何,如此才能將正向影響力普及化,幫助到有需求的人。

核稿編輯:李沂霖

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