세계 최초 콘크리트 충전식 배터리 개발 VIDEO: World first concept for rechargeable cement-based batteries
충전식 시멘트 기반 배터리를 위한 세계 최초의 개념
거대한 배터리처럼 에너지를 저장할 수 있는 20층짜리 콘크리트 건물을 상상해 보라. 스웨덴 찰머스 공대의 독특한 연구 덕분에, 그러한 비전은 언젠가 현실이 될 수 있다. 건축 및 토목 공학부의 연구원들은 최근 시멘트로 만들어진 충전 가능 배터리에 대한 새로운 개념을 설명하는 내용을 발표했다.
지속 가능한 건축 자재에 대한 필요성이 계속 증가하고 있는 것은 연구자들에게 큰 과제다. 스웨덴 찰머스 공과대학교 출신 엠마 장 박사는 몇 년 전 미래의 건축 자재를 찾기 위해 루핑 탕 교수의 연구 그룹에 합류했다. 그들은 함께 충전식 시멘트 기반 배터리를 위한 세계 최초의 개념을 개발하는 데 성공했다.
이 개념에는 우선 시멘트 기반 혼합물이 포함되며, 전도성과 휨 강성을 높이기 위해 소량의 짧은 탄소 섬유가 첨가된다. 그 다음, 금속 코팅 탄소 섬유 메시(양극의 경우 철, 음극의 경우 니켈)가 혼합물에 내장되어 있다. 많은 실험 끝에, 이것은 연구자들이 제시하는 원천기술이다.
콘크리트 배터리 기술을 조사한 이전 연구 결과에 따르면 성능이 매우 낮았기 때문에 전극을 생산할 수 있는 다른 방법을 생각해내야 한다는 것을 깨달았다. 이 특별한 아이디어(재충전 가능)는 전에 한 번도 연구된 적이 없다."라고 엠마 장은 설명한다.
루핑 탕(Luping Tang) 교수와 엠마 장(Emma Zhang) 박사의 연구는 평균 에너지 밀도가 제곱미터당 7Watours (또는 리터당 0.8Watours)인 충전식 시멘트 기반 배터리를 생산했다.
배터리 용량을 표현하기 위해 에너지 밀도가 사용되며, 새 찰머스(Chalmers) 콘크맅트 배터리의 성능은 이전의 콘크리트 배터리 시도의 10배 이상일 수 있다는 것이 일반적인 추정이다. 상용 배터리에 비해 에너지 밀도는 여전히 낮지만 건물에서 사용할 때 배터리를 제작할 수 있는 엄청난 콘크리트 부피 덕분에 이 한계를 극복할 수 있었다.
축축하고 다공성 콘크리트는 꽤 좋은 전도체이다. 물론 철근과 같은 금속을 혼합한 콘크리트도 그렇다. 대부분의 콘크리트 구조물에는 강화 금속 구조가 들어가 있다. 그 결과 건물 전체가 구조용 배터리라고 불리는 작업을 수행한다.
이와 같은 대규모 에너지 배터리는 생산 피크 시간(태양 전지의 경우 하루 중 가장 햇볕이 잘 드는 부분 또는 풍력 터빈의 경우 가장 바람이 잘 부는 날) 동안 재생 에너지를 저장하고 피크 사용 시간 동안 그리드에 다시 공급하는 방법이다. 일론 머스크는 호주에서 그리드 규모의 배터리 설비를 구축해 왔으며, 전 세계의 다른 프로젝트들은 압축 공기에서 인체에 이르기까지 콘크리트를 연구하는 다른 그룹에 이르기까지 다양하다.
몇 달 전, 찰머스는 전기 자동차를 작동시키기 위한 구조용 배터리에 대한 새로운 연구를 발표했다. 기존 연구는 콘크리트와 시멘트의 일회성 에너지 저장에 초점을 맞추고 있다. 미래의 사용을 위해 잠재적 에너지를 저장하는 것은 멋진 기능이 될 수 있다. 시멘트는 건설재료 뿐 아니라 충전 가능한 에너지 부문에서도 미래를 가지고 있다.
콘크리트의 "단위 당 에너지"는 그리 크지는 않지만, 우리는 시멘트를 너무 많이 사용하므로 적은 양의 에너지가 빠르게 축적된다. 비교를 위해 리튬 이온 배터리(작지만 매우 강력)는 에너지 밀도가 리터당 250~350 와트(Wh/L)이다.
새로운 연구에서, 찰머스의 과학자들은 단지 8 Wh/L의 콘크리트 비율로 준비된 것을 발견했다. 이것은 배터리로써 자신을 돋보이게 하는 현존하는 물질보다 훨씬 낮은 성능을 발휘하지만, 우리의 삶의 방식은 너무 많은 콘크리트를 필요로 하기 때문에 항상 우리가 활용할 수 있는 크고 꾸준한 공급이 있을 것이다.
황기철 콘페이퍼 에디터
Ki Chul Hwang Conpaper editor
