Ученые создали уникальный цемент, который может превращает тепло в электричество
Ученые создали новый материал на основе цемента, который способен обеспечивать не только структурную поддержку, но и генерировать, а также хранить электричество. По словам исследователей, это может быть прорывом для будущей инфраструктуры умных городов, пишет Interesting Engineering.
В своем исследовании ученые во главе с профессором Чжоу Яном из Юго-Восточного университета в Китае рассказали, что новый материал представляет собой цементно-гидрогелевый композит. Этот материал способен улавливать тепловую энергию и преобразовывать ее в электричество.
Материал достигает коэффициента Зеебека -40,5 мВ/К и коэффициента полезного действия (ZT) 6,6×10-². Эти показатели в десять и шесть раз выше, соответственно, чем у предыдущих термоэлектрических материалов на основе цемента.
В издании напомнили, что цемент обладает естественной способностью вырабатывать электричество благодаря так называемому ионному термоэлектрическому эффекту. Проблема заключается в том, что этот эффект всегда был слишком слабым, чтобы быть практичным. Ученые отметили, что причина заключается в том, что плотная цементная матрица ограничивает скорость перемещения ионов через нее.
"Различие в скорости диффузии катионов и анионов в растворе цементных пор из-за вариаций взаимодействия со стенками пор наделяет цемент присущими ему ионными термоэлектрическими свойствами. Однако изоляция пор плотной цементной матрицей препятствует быстрой транспортировке ионов с высокими скоростями диффузии, что мешает увеличению разницы в подвижности между ионами и ограничивает увеличение коэффициента Зеебека", - поделились ученые.
Для решения этой проблемы исследователи разработали многослойную структуру. В ней слои традиционного цемента и гидрогеля на основе поливинилового спирта чередуются между собой.
Ученые объяснили, что гидрогелевые слои служат быстрыми путями для гидроксид-ионов. В это же время границы между цементом и гидрогелем спроектированы так, чтобы прочно связываться с ионами кальция и более слабо с гидроксид-ионами. В этом случае дисбаланс помогает увеличить термоэлектрический эффект.
Более того, новый материал не только вырабатывает электричество, но и накапливает его. По словам исследователей, уникальная многослойная архитектура придает ему как сильные механические свойства, так и встроенные возможности накопления энергии. Это означает, что здания, дороги и мосты, построенные из этого материала, в будущем смогут питать датчики и системы беспроводной связи, встроенные непосредственно в структуру.