Ingenjörer från Sydkorea har uppfunnit en cementbaserad komposit som kan användas i betong för att tillverka strukturer som genererar och lagrar elektricitet genom exponering för externa mekaniska energikällor som fotsteg, vind, regn och vågor.
Genom att förvandla strukturer till kraftkällor kommer cementen att lösa problemet med att den byggda miljön förbrukar 40 % av världens energi, tror de.
Byggnadsanvändare behöver inte oroa sig för att få elektriska stötar. Tester visade att 1% volym ledande kolfibrer i en cementblandning räckte för att ge cementen de önskade elektriska egenskaperna utan att kompromissa med den strukturella prestandan, och den genererade strömmen var betydligt lägre än den maximalt tillåtna nivån för människokroppen.
Forskare inom maskin- och väg- och vattenbyggnad från Incheon National University, Kyung Hee University och Korea University utvecklade en cementbaserad ledande komposit (CBC) med kolfibrer som också kan fungera som en triboelektrisk nanogenerator (TENG), en typ av mekanisk energiuppsamlare.
De designade en struktur i laboratorieskala och en CBC-baserad kondensator med hjälp av det utvecklade materialet för att testa dess energiutvinnings- och lagringskapacitet.
"Vi ville utveckla ett strukturellt energimaterial som skulle kunna användas för att bygga nettonollenergistrukturer som använder och producerar sin egen elektricitet", säger Seung-Jung Lee, professor vid Incheon National Universitys institution för samhällsbyggnad och miljöteknik.
”Eftersom cement är ett oumbärligt konstruktionsmaterial bestämde vi oss för att använda det med ledande fyllmedel som det centrala ledande elementet för vårt CBC-TENG-system”, tillade han.
Resultaten av deras forskning publicerades denna månad i tidskriften Nano Energy.
Förutom energilagring och utvinning kan materialet också användas för att designa självkännande system som övervakar den strukturella hälsan och förutsäger den återstående livslängden för betongkonstruktioner utan extern strömförsörjning.
”Vårt yttersta mål var att utveckla material som förbättrade människors liv och som inte behövde någon extra energi för att rädda planeten. Och vi förväntar oss att resultaten från den här studien kan användas för att utöka tillämpningen av CBC som ett allt-i-ett-energimaterial för nettonollenergistrukturer”, sa professor Lee.
Incheon National University publicerade forskningen med skämtsamma kommentarer: ”Verkar som en chockerande start på en ljusare och grönare morgondag!”
Global byggöversikt
Publiceringstid: 16 december 2021