[건설기술의 진화] 건축재의 에너지화: MIT ‘시멘트 배터리’ 개발 VIDEO: MIT engineers create an energy-storing supercapacitor from ancient materials

 

집 벽면이 거대한 배터리로

MIT 토목환경공학과

 

   MIT 엔지니어들이 고대 재료로 에너지를 저장하는 슈퍼커패시터를 개발했다

 

시멘트, 카본블랙, 그리고 물로 만들어진, 이 장치는 재생 가능한 에너지원을 위해 싸고 확장 가능한 에너지 저장소를 제공할 수 있다.

 

캡션: MIT 엔지니어들은 많은 양의 에너지를 저장할 수 있는 고대의 풍부한 재료로 만들어진 "슈퍼커패시터"를 만들었다. 시멘트, 물, 카본블랙(분말 숯과 유사)으로 만들어진 이 장치는 태양열 또는 풍력 에너지와 같이 간헐적으로 재생 가능한 에너지를 저장하는 저렴한 시스템의 기반을 형성할 수 있다. 크레딧: 연구원의 제공

 

새로운 연구에 따르면, 인류의 가장 보편적인 역사적인 자료 중 두 가지인 시멘트와 카본 블랙(아주 좋은 숯을 닮은)은 새롭고, 저렴한 에너지 저장 시스템의 기초를 형성할 수 있다고 한다. 그 기술은 재생 가능한 에너지 공급의 변동에도 불구하고 에너지 네트워크가 안정적으로 유지되도록 함으로써 태양, 풍력, 조력과 같은 재생 가능한 에너지원의 사용을 용이하게 할 수 있다.

 

 

연구원들은, 그 두 물질이 물과 결합하여 전기 에너지의 저장을 제공할 수 있는 배터리의 대안인 슈퍼커패시터를 만들 수 있다는 것을 발견했다. 예를 들어, 그 시스템을 개발한 MIT 연구원들은 그들의 슈퍼커패시터가 결국 집의 콘크리트 기초에 통합될 수 있으며, 그 집은 기초의 비용에 거의 추가되지 않고 (또는 전혀 추가되지 않고) 여전히 필요한 구조적인 강도를 제공할 수 있다고 말한다. 연구원들은 또한 전기 자동차가 그 도로를 이동할 때 비접촉식 충전을 제공할 수 있는 콘크리트 도로를 구상하고 있다.

 

이 단순하지만 혁신적인 기술은 이번 주 저널 PNAS에, MIT 교수 프란츠-조제프 울름, 아드미르 마식, 양-샤오 혼의 논문에, 그리고 MIT와 와이스 생물학적 영감 공학 연구소의 다른 네 명의 논문에 기술되어 있다.

 

축전기는 원칙적으로 매우 간단한 장치로, 전해질에 담그고 막에 의해 분리된 두 개의 전기 전도성 판으로 구성된다. 축전기에 전압이 가해지면 전해질에서 양전하로 대전된 이온이 음전하로 대전된 판에 축적되는 반면 양전하로 대전된 판은 음전하로 대전된 이온을 축적한다. 판 사이의 막이 대전된 이온이 서로 이동하는 것을 차단하기 때문에 전하가 분리되면 판 사이에 전기장이 생성되고 축전기가 대전된다. 두 판은 이 한 쌍의 전하를 오랫동안 유지하고 필요할 때 매우 빠르게 전달할 수 있다. 슈퍼 축전기는 단순히 예외적으로 큰 전하를 저장할 수 있는 축전기다.

 

 

왼쪽에는 태양 전지판에 "태양 전지판(재생 에너지)"이라는 라벨이 붙어 있다. 오른쪽에는 3개의 직사각형 소자에 "탄소 시멘트 슈퍼커패시터"라는 라벨이 붙어 있다. 빵판에 연결되어 있고 LED 조명이 켜진다. 캡션: 새로운 "슈퍼커패시터" 콘크리트는 강도를 유지하기 때문에, 이 재료로 만들어진 기초가 있는 집은 태양 전지판이나 풍차에서 생산된 하루 분량의 에너지를 저장할 수 있고 필요할 때마다 사용할 수 있다. 크레딧: 연구원의 제공 techxplore.com

 

축전기 하나가 저장할 수 있는 전력의 양은 전도성 판의 전체 표면적에 달려 있다. 이 팀에 의해 개발된 새로운 슈퍼커패시터의 핵심은 부피 안에 있는 전도성 물질의 촘촘하고 상호 연결된 네트워크 때문에 극도로 높은 내부 표면적을 가진 시멘트 기반 물질을 생산하는 방법에서 비롯된다. 연구자들은 전도성이 높은 카본블랙을 시멘트 분말 및 물과 함께 콘크리트 혼합물에 도입하여 경화시킴으로써 이를 달성했다.

 

 

시멘트 안 쓰는 콘크리트 철도 침목 개발 성공: 철도연

https://conpaper.tistory.com/109760

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물은 시멘트와 반응하면서 자연적으로 구조물 안에 개구부들의 분기망을 형성하고, 탄소는 이 공간으로 이동하여 경화된 시멘트 안에 철사와 같은 구조물을 만든다. 이 구조물은 프랙탈과 같은 구조물을 가지며, 더 큰 가지들이 더 작은 가지들이 나오고, 심지어 더 작은 가지들이 생겨나는 등의 것으로, 상대적으로 작은 부피 안에서 극도로 큰 표면적을 갖게 된다. 그리고 나서 이 물질은 탄소 구조물 위에 축적되는 하전 입자들을 제공하는 염화칼륨과 같은 표준 전해질 물질에 담급된다. 이 물질로 만들어진 두 개의 전극은 얇은 공간 또는 절연층에 의해 분리되어 매우 강력한 슈퍼커패시터를 형성한다고 연구자들은 발견했다.

 

황기철 콘페이퍼 에디터 국토부 인플루언서

Ki Chul Hwang Conpaper editor influencer

 

MIT engineers create an energy-storing supercapacitor from ancient materials

(Source: news.mit.edu/2023/mit-engineers-create-supercapacitor-ancient-materials-0731)

 

https://youtu.be/DgtuE4265gk

 

 

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