Ερευνητές δημιούργησαν ένα υλικό με βάση το τσιμέντο που δεν θυμίζει σε τίποτα το κλασικό προϊόν καθώς πέρα από τη δομική υποστήριξη μπορεί να παράγει και να αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια. Η ανακάλυψη αυτή θα μπορούσε να αποτελέσει ένα σημείο αναφοράς για τις υποδομές στις έξυπνες πόλεις του μέλλοντος.
Το υλικό είναι ένα σύνθετο υλικό τσιμέντου-υδρογέλης που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Zhou Yang στο Πανεπιστήμιο Southeast της Κίνας. Η ομάδα εμπνεύστηκε από τη στρωματοποιημένη δομή στο εσωτερικό των στελεχών των φυτών για να δημιουργήσει ένα υλικό που μπορεί να αξιοποιήσει τη θερμική ενέργεια και να τη μετατρέψει σε ηλεκτρική.
Το τσιμέντο έχει μια φυσική ικανότητα να παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω αυτού που ονομάζεται ιοντικό θερμοηλεκτρικό φαινόμενο. Αλλά το φαινόμενο αυτό ήταν πάντα πολύ ασθενές για να είναι πρακτικό κυρίως γιατί η πυκνή σύσταση του τσιμέντου περιορίζει το πόσο γρήγορα μπορούν να κινηθούν τα ιόντα μέσα από αυτήν.
«Η ανισότητα στο ρυθμό διάχυσης μεταξύ κατιόντων και ανιόντων εντός του διαλύματος των πόρων του τσιμέντου λόγω των διακυμάνσεων στις αλληλεπιδράσεις με τα τοιχώματα των πόρων εμπλουτίζει το τσιμέντο με εγγενείς ιοντικές θερμοηλεκτρικές ιδιότητες», δήλωσαν οι ερευνητές, σύμφωνα με το Interestingengineering.com.
«Ωστόσο, η απομόνωση των πόρων από την πυκνή σύσταση του τσιμέντου εμποδίζει την ταχεία μεταφορά ιόντων με ανώτερους ρυθμούς διάχυσης, εμποδίζοντας την ενίσχυση της διαφοράς κινητικότητας μεταξύ των ιόντων».
Για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα, η ερευνητική ομάδα κατασκεύασε μια πολυστρωματική δομή όπου υπάρχει εναλλαγή μεταξύ παραδοσιακού τσιμέντου και στρώσεων υδρογέλης πολυβινυλικής αλκοόλης (PVA). Τα στρώματα υδρογέλης χρησιμεύουν ως γρήγορες οδοί για τα ιόντα υδροξειδίου (OH-), ενώ οι διεπιφάνειες μεταξύ τσιμέντου και υδρογέλης είναι σχεδιασμένες ώστε να συνδέονται ισχυρά με ιόντα ασβεστίου (Ca²⁺) και πιο ασθενώς με OH-. Αυτή η ανισορροπία συμβάλλει στην αύξηση του θερμοηλεκτρικού αποτελέσματος επιταχύνοντας την κίνηση ορισμένων ιόντων και δημιουργώντας μεγαλύτερη διαφορά στην κινητικότητα.
Έξυπνες δομές με ενσωματωμένη ισχύ
Αυτό που κάνει το νέο υλικό ιδιαίτερα υποσχόμενο είναι ότι δεν παράγει απλώς ηλεκτρική ενέργεια, την αποθηκεύει επίσης. Η μοναδική πολυστρωματική αρχιτεκτονική του προσδίδει τόσο ισχυρές μηχανικές ιδιότητες όσο και ενσωματωμένες δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι τα κτίρια, οι δρόμοι και οι γέφυρες που κατασκευάζονται με αυτό το υλικό θα μπορούσαν μια μέρα να τροφοδοτούν αισθητήρες και συστήματα ασύρματης επικοινωνίας που είναι ενσωματωμένα απευθείας στη δομή.
Οι ερευνητές εξήγησαν ότι η πολυστρωματική δομή του CPC δημιουργεί πολυάριθμες διεπαφές, προσφέροντας πολλές θέσεις αλληλεπίδρασης που ενισχύουν το ρόλο των ιόντων τσιμέντου στην ενίσχυση της θερμοηλεκτρικής απόδοσης.
Το νέο προϊόν θα μπορούσε να μεταμορφώσει το μέλλον των κατασκευών. Φανταστείτε πεζοδρόμια που τροφοδοτούν με ρεύμα τα φώτα του δρόμου, ή γέφυρες που παρακολουθούν τη δική τους δομική υγεία χωρίς εξωτερικές πηγές ενέργειας. Με τις πόλεις να μεγαλώνουν και τις έξυπνες τεχνολογίες να αυξάνονται, υλικά όπως αυτό το σύνθετο τσιμέντου-υδρογέλης προσφέρουν μια ματιά σε ένα πιο αποδοτικό και βιώσιμο αστικό μέλλον.
