Building-Integrated Structural Energy Storage: AI-Guided Design of Ductile Cementitious Composites

Opis projektu

Elastyczne systemy magazynowania energii sterowane przez sztuczną inteligencję

Zespół projektu BISES, realizowanego przy wsparciu z działań „Maria Skłodowska-Curie”, opracowuje materiały wbudowane w konstrukcję budynków, które pełnią jednocześnie funkcję elementów nośnych i superkondensatorów konstrukcyjnych. Badacze dążą do opracowania plastycznych kompozytów, które ulegają utwardzaniu podczas odkształcenia, o kontrolowanej szerokości pęknięć oraz stabilnych sieciach przewodzących, z wykorzystaniem screeningu wspomaganego sztuczną inteligencją. Ich celem jest również wyjaśnienie, w jaki sposób mikromechanika układu włókno–matryca oraz kompatybilność elektrolitów synergicznie wpływają na pojemność energetyczną i trwałość w warunkach rzeczywistych cykli eksploatacyjnych. W ramach projektu opracowano oparte na fizyce ramy sztucznej inteligencji do wspólnej optymalizacji plastyczności mechanicznej i magazynowania energii elektrochemicznej, co umożliwiło sformułowanie praktycznych zasad projektowania modułów konstrukcyjnych. Celem tych działań jest wyeliminowanie obecnych ograniczeń związanych z kruchością materiałów i niestabilnością magazynowania, aby wesprzeć transformację UE w kierunku systemu energetycznego o zerowej emisji.

Cel

Electrochemical structural energy storage, which enables load-bearing elements to store and release electrical energy, represents a crucial clean-energy innovation. When integrated into architecture, it can transform buildings from passive energy consumers into distributed flexibility assets for the grid. Furthermore, it offers a practical pathway to mitigate peak demand and support heat-resilient operation, issues of growing importance across the European Union (EU). In recent years, cement–carbon systems for structural supercapacitors have garnered significant attention due to their robustness and cost-effectiveness compared with stand-alone devices. However, present solutions often lack ductility and show limited capacity retention under humidity and freeze–thaw ingress, which constrains practical applications. This project aims to lead the development of Building-Integrated Structural Energy Storage (BISES) through the AI-guided design of ductile cementitious composites, thereby advancing the EU’s progress toward energy-efficient, flexible buildings. The proposed BISES modules constitute innovative materials that fulfil both structural (mechanical) and electrochemical (energy storage) roles. Their mechanical and electrochemical properties will be enhanced by fibre-bridging micromechanics, interface tailoring, percolated carbon networks and alkali-compatible gel or solid electrolytes. Subsequently, the project will analyse the reversibility, cyclability ageing and mechanical durability of BISES modules to further improve functionality and applicability. Additionally, a comprehensive electro-chemo-mechanical numerical model will be developed and validated using data obtained from microstructural assessments of ageing BISES modules and AI-assisted experiments.