在这篇博文中，我们探讨了开发一种可以储存闪电电能的新材料的可能性，以及它是否可以成为解决电力短缺的关键。
“嗖！”小时候，我们都有在闪电和雷雨天气里躲在被窝里惊恐万分或兴奋不已的记忆。但你有没有想过闪电的闪光和雷声的轰鸣？更重要的是，你有没有想过闪电产生的电能？如果我们拥有储存瞬时电压数亿伏、电流20,000万安培的电能的技术，我们是否能解决最近的电力短缺问题？
能够储存这种能量的材料就是我们所说的新材料。新材料的字典定义是，能够与原材料结合，创造出前所未有的新性能和用途的材料。我们将讨论材料工程，即开发能够捕获闪电能量的新材料以及用于许多其他应用的材料的过程。
储电技术一直是人们研究的课题，最早可以追溯到 1745 年的莱顿瓶。在早期的研究中，人们将一个玻璃瓶装满水并用软木塞封住，然后用一根电线或钉子穿过软木塞接触瓶中的水。为了给玻璃瓶充电，人们将电线裸露的一端接触到产生摩擦电的装置。当接触断开后将电线握在手中时，就会感觉到电击，证明电被储存了。这些装置经过进一步改进，最终形成了现代电容器。
电容器是从莱顿瓶演变而来的，是一种收集电路中电荷的装置。您可能想知道这与材料有什么关系。闪电会在短时间内产生巨大的电压和电流。为了储存这种电能，我们需要一个能在短时间内储存大量能量的电容器。开发这些电容器中使用的材料正是材料科学的全部内容。
然而，如果你不知道闪电是如何产生如此多能量的，储存能量的概念可能就毫无意义了。那么，让我们来谈谈闪电是如何产生的，以及它所包含的电能。雷击过程可分为两个主要步骤。第一是云层中的水和冰带电，第二是云层和地面之间的静电吸引。
在暴风云中，风使水滴和小冰晶相互摩擦。这种摩擦使云中的粒子带电。冰从水中夺走电子，使其带 (+) 电荷，而电子相对较多的水滴则带 (-) 电荷。
在开始下雨之前，云中较重的水滴会聚集在云的底部，使得云的底部带负电，因为云的底部电子较多，而云的顶部带正电，因为云的顶部电子较少。当云的底部聚集了足够多的负电荷时，闪电就会在云的底部呈现为一个明亮的光球。这实际上是云中带负电的电子的集合。现在，当这些电子落到地面时，就会产生闪电。但是，为什么云中的电子会落到地面呢？
地面也带电，影响地面电荷形成的最大因素是云层中电荷的位置。云层底部的强负电荷对地面上的电子产生拉力，将它们推开，使地面相对带正电。
这会在地面上的正电荷原子和云层底部的负电荷之间产生电吸引力，导致电子从云层落到地面，电流开始流动。天空中划过的条纹，我们称之为闪电，是电子与空气中的原子碰撞时所走的路径。在这样做的过程中，与闪电碰撞的空气中的原子会发出热量和光，使闪电更加明亮。换句话说，闪电的光是电子在落到地面的途中与空气碰撞时发出的光。
也就是说，闪电就是云层中无数的水滴带电落到地面的过程，此时产生的电压和电流可达数亿伏特、20,000万安培。而储存这些电能需要一种新材料，而蓄电池所用的金属板材料就是材料科学与工程系正在研究的一个例子。
从目前的研究来看，使用电池的研究在日本尤为活跃。但是，雷击发生的频率不高，而且位置也不均匀，这对研究提出了很大的挑战。因此，从经济角度来看，这项研究似乎没有什么价值。但是，如果我们利用夏季经常发生的降雨和雷电，雷电将对我们不仅在夏季而且在所有季节都会遇到的严重电力短缺问题大有帮助。
总而言之，闪电在产生时会产生巨大的能量。闪电的电压为 100 亿伏，如果我们能够储存这种能量，我们就可以解决能源问题。在材料科学领域，我们正在开发日常生活中使用的材料，例如纤维、半导体和新材料。开发一种可以瞬间储存爆炸能量的技术仍然很困难，但随着时间和研究的深入，我们有望开发出可以储存闪电能量的材料。