Kuća izgrađena sa vanjskim ili pregradnim zidovima napravljenim sa KGP-om, na primjer, mogla bi skladištiti električnu energiju iz solarnih panela tokom dana, i isprazniti je noću. Paneli izrađeni od KGP-a također se mogu nadograditi na kuće i druge zgrade.

Istraživači sa Univerziteta Lancaster razvili su mješavinu cementa, koja se sastoji od otpadnog materijala flyash i alkalnog rastvora, koji je sposoban provoditi električnu energiju. Za razliku od postojećih pametnih betona, koji se tipično zasnivaju na grafenskim i ugljeničnim nano-cijevima, nova smjesa ne sadrži skupe materijale i čak je jeftinija za proizvodnju od konvencionalnog portland cementa.

U mješavini, poznatoj kao kalijum-geopolimerni (KGP) kompozit, električna energija se provodi preko kalijumovih jona koji prolaze kroz kristalnu strukturu, kaže voditelj projekta profesor Mohamed Saafi, iz inženjerskog odjela Lancaster University. Da bi se dobio cement, morate mješati flaysh sa alkalnim rastvorom, u ovom slučaju koristimo kalijum hidroksid i kalijum silikat”, rekao je on. “Kada ih pomješamo zajedno formiraju cementni materijal, koji sadrži jone kalijuma koji djeluju kao elektrolit.”

Mješavina može na kraju pohraniti i isprazniti između 200 do 500W / m2.

Kuća izgrađena sa vanjskim ili pregradnim zidovima napravljenim sa KGP-om, na primjer, mogla bi skladištiti električnu energiju iz solarnih panela tokom dana, i isprazniti je noću. Paneli izrađeni od KGP-a također se mogu nadograditi na kuće i druge zgrade. Šest metara visoke lampe napravljene od KGP-a bile bi sposobne za skladištenje dovoljno obnovljive energije da se napajaju preko noći – obično oko 700W. U međuvremenu, kamenčići za sužavanje mogli bi dati snagu senzorima koji su u stanju da prate nivoe saobraćaja, odvodnje i zagađenja. Veliki broj KGP-izgrađenih struktura također se može koristiti za uravnoteženje mreže, skladištenje viška obnovljive energije i oslobađanje energije kada je potražnja visoka.

“Pokušavamo da pretvorimo zgrade i mostove u baterije kako bismo smanjili troškove energije”, rekao je Saafi. “Trenutno imamo mnogo obnovljivih izvora energije, ali nemamo veliki sistem skladištenja za svu tu energiju.”

Pametna cementna mješavina se također može koristiti za osjet mehaničkog naprezanja na konstrukcijama. Promjene naprezanja, uzrokovane pukotinama, na primjer, mijenjaju način kretanja kalijevih iona kroz strukturu, a time i provodljivost materijala. Mjerenjem provodljivosti materijala, promjene u zdravstvenom stanju građevine mogu se otkriti automatski i trenutno, bez potrebe za ugradnjom dodatnih senzora. Istraživači sada rade na optimizaciji performansi KGP mješavina i istražuju upotrebu tehnika 3D printa za stvaranje različitih oblika iz pametnog cementa.

Istraživanje, je objavljeno u časopisu Composite Structures u oktobru, finansirano je programom Horizont 2020 Evropske komisije, kao dio projekta SAFERUP (održivi, ​​pristupačni, sigurni, otporni i pametni gradski trotoari), koji vodi Univerzitet Bolonja

U tom radu, po prvi put demonstrirano je  da se kalijum-geopolimerni (KGP) cementni kompoziti mogu podesiti za skladištenje i isporuku energije, i osjetiti se bez dodavanja funkcionalnih aditiva ili fizičkih senzora, čime se stvaraju inteligentne betonske konstrukcije s ugrađenim kondenzatorima za skladištenje električne energije i senzore za praćenje stanja zgrada. Provedene su simulacije na temelju teorije gustoće (DFT) da bi se odredila elektronska svojstva cementnog kompozita KGP i razumio njegov mehanizam provođenja. Eksperimentalna karakterizacija je takođe sprovedena kako bi se odredila struktura, hemijski sastav, mehanizam provodljivosti, skladištenje energije i senzorske sposobnosti cementnog kompozita KGP. DFT simulacije sugerirale su da se cementni kompozit KGP oslanja na difuziju kalijumovih (K +) jona radi skladištenja električne energije i mehaničkih naprezanja. Geopolimerni cementni kompozit je pokazao dobru jonsku provodljivost sobne temperature u opsegu od 12 (10-2S / m) i energiju aktivacije od 0.97eV.

Maksimalna gustina snage KGP kondenzatora je oko 0.33kW / m2 sa vremenom pražnjenja od oko 2h. KGP senzori napona pokazali su visoku osjetljivost na tlačna naprezanja: 11Ω / MPa na temelju mjerenja impedancije i 0.55deg / MPa na temelju mjerenja faza. Daljnjim razvojem i karakterizacijom, KGP cementni kompozit može biti sastavni dio betonskih konstrukcija u obliku baterije za skladištenje i isporuku energije, te senzora za praćenje strukturnog integriteta urbane infrastrukture kao što su mostovi, zgrade i ceste.