2020-08-14 15:48:31聖天使

科學家想把廢棄磚塊,變成6v的儲電器



(文丨學術頭條)

我們或許低估了小小一塊磚頭的價值。現在,閉上眼睛,想象一下把電源插頭直接插入你的磚房牆壁的場景。

根據華盛頓大學聖路易斯分校的研究人員本周在《自然-通訊》發表的一篇論文 Energy storing bricks for stationary PEDOT supercapacitors,世界上最便宜、最常見、也是最不起眼的建築材料,傳統燒結磚也能成為儲能單元,這些「智能磚」充電後能像電池一樣儲存電能,隨時準備為其他裝置供電。


從古代層層壘砌的磚房算起,紅磚作為傳統古老的建築材料,已經有了數千年的歷史。雖然資歷老,但是紅磚卻並沒有在歷史的長河中開發出其他的新技能。用磚砌成的牆和樓房已經占據了大量空間,如果能一磚兩用,或許能增加其利用價值。


根據美國聖路易斯華盛頓大學的 Julio D』Arcy 和同事的介紹,他們已經開發出一種讓這種紅磚變身為一種名為超級電容器的儲能裝置。利用磚的多孔結構,研究人員使用氣相沉積技術為整塊磚添加了一層名為 PEDOT 的導電聚合物,讓磚變成一個儲能電極。

磚本身的紅色色素——氧化鐵(鐵鏽),對於誘發聚合反應來說十分關鍵。這種「智能磚」可以儲存能量,電能可以持續儲存,一直到需要為設備供電的時候。





研究人員還用一個概念驗證裝置證明可以用一塊磚直接給一個發光二極管(LED)充電。


把磚頭變成電池

紅磚之所以總是呈現紅色,主要是因為它主要的組成物質是紅色的——通常情況下,紅磚由熔融顆粒的二氧化硅(SiO2),氧化鋁(Al2O3)和赤鐵礦(ar -Fe2O3)2組成。而磚的紅色來源於赤鐵礦,這種色素在 73000 年前就被人類首次使用,現在是一種低成本、天然豐富的無機前體,用於催化物、磁體和合金。


不要小看了平平無奇的赤鐵礦—— 當下,最強大的儲能物質也來自赤鐵礦。例如,FeNx、FeP 和 Li5FeO4 通過陰離子或陽離子交換合成鉀離子電池、鋅空氣電池、假電容器和鋰離子電池; 同時,利用赤鐵礦的電化學性質的轉變也可以用來製造 FeOOH 超級電容器陽極。


研究人員的靈感來自他們最近的研究主題—— 鏽助氣相聚合。在燒制紅磚的過程中,赤鐵礦會發生複雜的化學反應,這也為研究人員探索開發它的潛在效用提供了新的機會。在燒結磚上,8 wt% 的氧化鋯-Fe2O3 含量和 3D 多孔微觀結構為理想的堅固的電極設計提供了堅實的基底。





在磚上沉積納米纖維PEDOT塗層

在此基礎上,研究人員開發了一個超級電容器。他們使用磚赤鐵礦微結構作為反應物蒸汽沉積納米纖維塗層的導電聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩,PEDOT)。氣相合成使 PEDOT 塗料具有高電導率和容易的電荷轉移,使其成為生產電極的理想材料。該合成利用磚的開放微觀結構和熱穩定性,使酸和單體蒸汽在 160 攝氏度下通過其孔隙,以控制氧化自由基聚合導致的氧化-Fe2O3 溶解和 Fe3+ 水解。


為了模擬磚-砂漿-磚結構,超級電容器改性使用的准固態電解質(聚乙烯醇/1 M H2SO4),也發揮粘合劑和分離器的作用。研究人員表示,這種設備是防水的,因為它們塗有環氧封裝層,保護它們能夠在溫度在 20 到 60 攝氏度之間存儲電荷。一個超級電容器在環境條件下是穩定的,經歷 10,000 次充放電循環,庫倫效率~100%,電容保持率~90%。另外,通過三台設備串聯,製作出達到 3.6 V 電壓窗的超級電容器磚模塊。



應用潛力廣泛

研究人員表示,這一概念驗證工作演示了如何在普通磚的表面存儲能量,超級電容器技術也為這種極便宜的建築材料增加了價值,並展示了一種可擴展的過程,為建築應用中使用燒磚的嵌入式微設備提供能源存儲。

化學助理教授胡里奧·達西(Julio D』arcy)說:「我們開發出的這個方法可以應用在普通磚或回收磚的改造上,當然,我們也可以自己製造磚。事實上,我們發表的研究成果源於我們在密蘇里州布倫特伍德(Brentwood)家得寶(Home Depot)購買的磚塊——每塊磚 65 美分。」


我們都知道,由磚建造的建築占據了大量的空間,如果它們有一個額外的存儲電能的用途,將擁有更大的價值可以利用。雖然一些建築師和設計師已經認識到這種不起眼的磚具有吸收和存儲太陽熱量的能力,但這是第一次有人嘗試將磚不僅僅用作取暖和製冷的熱質。


「在這項工作中,我們開發了一種導電聚合物 PEDOT 的塗層,它由納米纖維組成,可以穿透磚塊內部的多孔網絡;聚合物塗層被困在磚塊中,作為離子海綿儲存和導電。」達西說。

磚中的紅色顏料——氧化鐵(鐵鏽)——是引發聚合反應的必要條件。研究人員的計算表明,用這些儲能磚砌成的牆可以儲存大量的能量。


「這些智能磚是為應急照明提供電力的理想建築材料,」達西說,「我們設想,當你把磚和太陽能電池連接起來時,這可能成為現實——這可能需要 50 塊磚,而這 50 塊磚可以為應急照明提供 5 小時的電力。」

「更值得一提的是,作為超級電容器的磚牆可以充電數十萬次。如果你把幾塊磚連接起來,微電子傳感器就可以很容易地獲得電力。」---(鈦媒體)


參考資料:

Wang, H., Diao, Y., Lu, Y., Yang, H., Zhou, Q., Chrulski, K., & D』Arcy, J. M. (2020). Energy storing bricks for stationary PEDOT supercapacitors. Nature Communications, 11(1), 3882. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17708-1

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-08/wuis-sei080620.php



*[「她」的5種人生:顧佳曾是全日本女性的追求]





Youtube中的網紅日本全職太太 MOE


鈦媒體註:本文來自於微信公眾號熟讀日本,作者為玉琴。


今天想說一下日本的女性生存狀態的統計數據,還是那本三浦展的《下流社會:新階層集團的出現》,裡面有些數據比較有意思,所以想把這個系列讀完。這書的第二章,講的是日本女性的生存狀態,覺得跟中國的還是有很大重合部分的。記一下作為參考。


正好《三十而已》和姐姐們十分火,我上周六一整天刷了14集《三十而已》,真心挺好看的,前十集。大結局真的就跟小學生寫作文一樣潦草完事。我在看到顧佳為了孩子打人這一名場面以後,其實是很折服的。

雖然國內現在全職太太、全職主婦現象並不常見,但是在日本卻是一個普遍現象,這與日本的社會構造和歷史有分不開的關係。


日本全職太太從人人艷羨到嗤之以鼻

在日本,全職太太這一頭銜,也是經歷了洗禮。主要經歷了4個階段:

高度經濟成長前,全職太太是上流富裕階層的特權,身份的象徵。其實道理很簡單,全世界都一樣,家裡有十足的財力,女性當全職主婦的情況並不少見,武則天才是歷史的少數。日本也是一樣,世襲的錢財和名望能讓女性遇到更優質的男性,因為如果沒有足夠的娘家就無法物色到相應的婆家,這是社會現實。


高度經濟增長時的1950年代到1980年代,一般公司職員的薪資完全能支撐一家的開銷之後,全職太太成了普遍現象。那時候的日本女性,主要是上個短期大學或者乾脆高中畢業,在公司找個端茶遞水等輔助以男性為主的工作,在日本成為「花之OL」,她們只要保持美麗,就能在職場找到合適的伴侶。因為找到結婚對象辭職太普遍了,在日本叫「壽退職」。這也是一般女性的人生軌跡。





圖上是電視上調查,20歲嚮往的主婦生活畫像,丈夫的期待收入是700-800萬日元,約為50萬左右,想幹啥幹啥,白天沒事和小姐妹們去吃個飯約個瑜伽約個美容院等。

影響女性衝出社會的還有日本的稅制問題。因為日本稅務申報是以家庭為單位,全家的收入水平和撫養的家庭成員,極大地影響到每年繳納的稅額。簡單說計算公式為:

 

(合計所得金額-所得扣除)×稅率=所得稅額

合計收入是家庭成員的所有收入,所得扣除包括;基礎扣除(38萬日元)、配偶者扣除、配偶者特別扣除、扶養扣除、醫療費扣除、人壽保險費扣除等。按照不同檔位繳稅比例不同,10%―45%之間浮動,數字的把控十分重要。我認識的幾位家庭主婦,都是根據自己的丈夫的收入,來計算自己兼職打工的時間。丈夫掙得多,自己就少打點工,在一定範圍內繳稅比例不一樣,超高收入繳納更多稅。

因此,雙職工家庭因為掙得多,被扣了45%的所得稅,還不如一個人出去工作,一個人在家帶孩子。養的娃越多,扣得越多,家裡有殘障人士、慢性病患者,扣得也多。這也是之前一直盛傳的日本要收「單身稅」的由來:一個需要撫養的人都沒有,繳稅標準就要提高,但最終沒有通過。

但是在日本1986年前後,女性之間的階層開始有明顯變化,引起這種變化的是日本政府頒布的《男女雇用機會均等法案》(下稱機會均等法),同一時期的歐美也在轟轟烈烈的爆發平權運動,這個之後寫一篇,十分精彩的一段歷史。


全職主婦成了「蠢女人」

第三階段就是《機會均等》法頒布之後,日本女性教育水平顯著提高,在公司的職位也有所提高,一心只想嫁人的「新娘系」女性受到嚴重鄙視,近幾年,全職主婦更是不受待見。

更大部分情況是,女性在生育起初幾年幾乎在家,但是不辭退工作,拿一半工資在家休產假,孩子夠上學以後,重出社會的很多。也有辭職後,孩子上大學,自己出來做派遣員工的,打發時間,掙點小外快自己做零花錢的不少。還遠遠無法達到作為「半邊天」的功能。而且,日本沒有婦女節哦。


女性之間的階級分化

第四階段,就是現在,經濟高速發展後的疲軟,女性地位的提高,自我意識的增強等,造成了女性之間階層分化明顯。經過調查數據顯示,日本男性對女性當全職太太的願望也降低很多,1987年38%男性希望自己妻子是全職太太,但是到了2002年,只有18%的男性希望妻子不工作。

書中還提到,目前日本高薪男性,更願意找薪資高的女性。這其實在階層分化不明顯的中國也比較常見,畢竟都2020年了,是吧。

其實,其中還有個不容忽視的原因是,日本嚴重勞動力不足,這波所謂的女性解放,女權運動,筆者認為,也有社會勞動力不足的原因在。日本最新人口調查數據顯示,今年日本人口負增長50萬,政府無論怎麼鼓勵生育,都毫無成效。

所以2019年4月才通過了《外國人才引進條例》,加大外國勞動力簽證審批,放寬14類技術工種人才引進,擴大進口勞動力占比。但是日本很多學者呼籲,幾年以後,日本也會成為一個移民國家。現在日本能開發的,除了第三世界以及中國來的勞動力,最大希望就是年輕女性。畢竟,現在日本退休年齡已經被推到65周歲了,人口老年化嚴重到讓人擔憂。


5類她的人生,如果是你你選哪一條?

作者將日本現在的女性生涯按照就職意向和進取心分成了以下5大類:占大多數的OL,家庭主婦型的「嫁人系」(お嫁系)和年輕辣媽系(ギャル系)、以工作為主的放任系(かまやつ系)和年收超千萬女性(million woman)。




    嫁人系:

想當家庭主婦,自始至終都是大部分日本女性嚮往的生活,筆者也時常羨慕那些一大早就開着小車車去商場四處閒逛的太太們。可是,日本的全職太太並不像顧佳那樣公司、家庭兩手抓,日本的家庭主婦需要具備的技能主要是伺候丈夫、教育好孩子。


比如結婚之前要完成的「花嫁修業」,主要是學習飲食搭配、家庭裝飾、烘焙家務等,為結婚後成為合格的妻子學習各種技能。生孩子後,孩子的堅韌性格培養、家教培養,學校教育、上培訓班各方面都要親自來,因為日本婆婆和媽媽是不會幫忙帶孩子的,更不能像顧佳一樣請保姆,會被唾沫星子淹死。


在之前的文章中,數讀日本君也提到過,日本內務部統計數據顯示,2016年日本人均年家務時間男性275小時,女性1,313小時,是男性的5倍(中國是2倍)!女性工資比男性年齡層差距最大時低36%。日本家庭主婦每年家務2100小時,8小時工作制算,每年工作262.5天。(請看:母親節特輯:日本女性人均家務年薪應為193.5萬日元,男性僅50萬,耗時是男性的5倍)


    日本的年輕辣媽系(ギャル系)也不再少數

現在也時常能聽到一些高中畢業就嫁人的姑娘的事情,20歲的打扮時髦誇張的辣媽們推着嬰兒車的不在少數。而日本東京大學,各大國立大學的醫學部,以及早慶兩大私立院校的男性,是市場競爭力最高的物種,四周的高校和專科院校女性甚至被稱為「後宮」,雖然說法上難聽,但確實是日本一個奇特的現象。


    かまやつ系:指的是像Kamayatsu Hiroshi的女性。

放張圖片大家感受一下。





具體是指完全不在乎別人眼神的女性,每天穿寬鬆的牛仔褲,頂一頭乾燥的髮型,或者牛仔褲上套條裙子之類的裝扮(牛仔褲配紗裙這個真的在日本流行過)。


    千萬年薪女

以日本的判斷標準,年收超千萬的女性是很少見的,書中表示這是引用美國的年收入過6位數,即10萬美元的女性,書中給你適合日本的是500萬日元(約合人民幣35萬),在日本女性中就已經是比較少見的了。


三浦展統計,日本東京西南部目黑區、世田谷、衫併到橫濱的青葉區,是日本年收超千萬女性的聚集地,她們出身好,多為歸國子女,有鬥志,英語溜,而且他表示,此類未婚女性至少1萬多人是在東京擁有房產的。她們的消費主要是名牌,美食,以及每年至少100萬日元以上的流行衣物和化妝品之類的開銷,喜歡治癒系短期出遊和美容。


除了居住,三浦還發現,日本金融中心日本橋附近美女越來越多,此類高收入,高顏值,高職位,高學歷的4高人群更是拔尖。而相對來說,在澀谷的那些還只是下流社會的年輕人聚集地。

日本純種OL目前數讀日本君還沒有正式接觸到,下次遇到我會繼續寫一寫。同樣身為女性,寫這些就會很囉嗦,今天到這啦。---(鈦媒體)