도로와 벽면 통해 전기충전?...美 MIT '시멘트 배터리' 개발

김나윤 기자 / 기사승인 : 2023-08-04 17:30:52
  • -
  • +
  • 인쇄
시멘트와 카본블랙 혼합해 거대축전지 개발
리튬보다 저렴해 재생에너지 신소재로 적합
▲시멘트에 저장된 전기가 흐르는 모습 (사진=MIT/PNAS)

시멘트와 탄소분말 '카본 블랙'으로 전기를 공급할 수 있는 기술이 개발돼, 건물 벽면과 도로가 거대한 배터리 역할을 할 날이 머지 않았다.

미국 매사추세츠공대(MIT) 토목환경공학과 연구팀은 카본 블랙과 시멘트로 슈퍼커패시터(거대 축전지)를 개발했다는 연구결과를 국제학술지 '미국국립과학원회보(PNAS)'에 지난달 31일(현지시간) 발표했다.

카본 블랙은 탄소계 화합물의 불완전 연소로 생산되는 물질로, 쉽게 말해 그을음이다. 전세계를 막론하고 흔한 소재다보니 가격대도 높지 않고 전도성이 높은 것이 장점이다.

연구팀은 이 소재들을 물과 결합해 대체배터리 슈퍼커패시터를 만들어 이를 건물이나 주차장 콘크리트에 적용하면 일상에서 전력을 쉽게 공급받을 수 있다고 설명했다. 가령 슈퍼커패시터를 도로에 적용하면 전기자동차가 그 위를 달릴 때 자동으로 전력을 공급해 충전시킬 수 있다는 것이다.

'커패시터'는 이온 전도성 전해질과 멤브레인으로 분리된 2개의 전기 전도성판으로 구성돼 있다. 커패시터에 전압이 가해지면 음전하판에 전해질의 양전하 이온이 축적되고 양전하 판에는 음전하 이온이 축적된다. 이것이 분리막 사이에 전기장을 생성해 커패시터를 충전시킨다.

축전기가 저장할 수 있는 전력량은 전도판의 총 표면적에 따라 달라진다. 전도판은 충전된 전력을 오랜 기간 유지하며 충전 및 방전 속도가 기존 배터리보다 훨씬 빠르다.

슈퍼커패시터는 전력 저장용량이 큰 커패시터로, 차세대 저비용 에너지저장시스템으로서 안전성이 높고 에너지 저장 및 공급이 안정적이다. 태양광, 풍력 등 공급이 불안정한 재생에너지원의 사용을 용이하게 해 전기를 무한공급할 수도 있다는 것이다.

이에 과학자들은 슈퍼커패시터를 만들기 위해 콘크리트나 탄소복합재 등 소재를 활용할 방법을 연구중이지만, 시멘트는 전도성이 약하다는 한계가 있다. 이를 보완하고자 전도성이 높은 탄소를 첨가한 건축용 슈퍼커패시터가 개발됐지만 가격이 비싸 대량생산이 어려운 문제점도 있다.

연구팀은 전도성이 높은 카본블랙과 시멘트, 물을 혼합해 내부 전도성 물질의 표면적을 높여 이러한 문제를 해결했다. 해당 콘크리트 소재로 만들어진 두 전극은 절연층에 의해 분리돼 매우 강력한 슈퍼커패시터를 형성한다는 것이 연구팀의 설명이다.

연구팀은 굳힌 콘크리트를 두께 1mm 넓이 1cm의 작은 판으로 자른 후, 염화칼륨 전해질 막과 물을 추가해 샌드위치 구조를 만들고 밀봉했다. 여기에 3볼트짜리 발광다이오드(LED)를 연결해 불을 켜는 데 성공했다. 연구팀은 45㎥ 크기의 카본블랙 콘크리트블록이 일일 가정 공급량인 10kWh(킬로와트시)를 저장할 수 있을 것으로 계산했다. 제조비용도 저렴하다.

또 활용처에 따라 혼합물을 조정해 충전·방전 속도 등을 조정할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다. 도로에서 전기차를 충전하는 데 쓰려면 그만큼 충전·방전 속도가 빨라야 하지만, 가정에서는 충전시간이 매우 여유롭기 때문에 속도를 늦출 수 있는 식이다. 에너지 저장 외에도 전기 공급을 통해 난방에도 이용할 수 있다.

다만 이를 상용화하려면 장치 크기를 키워도 성능을 유지할 수 있도록 하는 기술이 관건이다. 크기가 커질 경우 전기 전도성이 떨어질 수 있기 때문이다. 전도성을 높이려 카본 블랙의 비율을 높이면 시멘트 강도가 약해지는 맹점도 있다. 연구팀은 장치 크기를 확장하는 방법을 찾으면 전력을 저렴하게 지속 공급할 수 있는 시대가 열릴 것으로 내다봤다.

연구를 이끈 프란츠 요제프 울름(Franz-Josef Ulm) MIT 토목환경공학과 교수는 "슈퍼캐퍼시티는 재생에너지 전환 잠재력을 지닌 다기능 소재"라며 "어디에나 있는 시멘트로 만들어져 가격이 높고 공급이 제한적인 기존 리튬 배터리의 대안으로 유망하다"고 강조했다.

Copyright @ NEWSTREE All rights reserved.

뉴스트리 SNS

  • 뉴스트리 네이버 블로그
  • 뉴스트리 네이버 포스트
  • 뉴스트리 유튜브
  • 뉴스트리 페이스북
  • 뉴스트리 인스타그램
  • 뉴스트리 트위터

핫이슈

+

Video

+

ESG

+

“친환경 교통수단이 생태계 위협”…녹색 교통수단의 역설

기후 대응을 위해 확대 중인 저탄소 교통 인프라가 오히려 생물다양성과 도시 자연성을 훼손할 수 있다는 연구결과가 나왔다. 탄소배출이 줄더라도 숲

국립심포니, 폐자원으로 업사이클링..."4년간 나무 5007그루 식재 효과"

국립심포니오케스트라가 지난 2022년부터 폐현수막, 폐악보, 폐플라스틱을 수거해 업사이클링 굿즈로 제작하면서 약 30톤의 탄소를 감축하고 278만리터

폐자원 수거하고 환경교육까지...기업들, 환경의 날 맞아 다양한 활동

6월 5일 '세계 환경의 날'을 맞아 기업들이 환경보호의 중요성을 알리는 다양한 활동들을 펼쳤다.4일 LG전자는 13일(현지시간)까지 미국 뉴욕 타임스스퀘

[최남수의 ESG풍향계] 이재명 정부의 ESG정책 방향은?

굳이 이념적 경향성을 따지자면 ESG는 진보 이슈에 더 가깝다. 환경보호와 사람존중 등이 핵심 주제여서 그렇다. 실제로 각 정파가 ESG에 접근하는 움직

SK AX, 카테나X OSP 자격 획득...유럽 ESG 핵심 파트너 등극

SK AX(옛 SK C&C)가 4일 유럽 최대 자동차 공급망 ESG 데이터 네트워크 '카테나X(Catena-X)' 운영사인 '코피니티X(Cofinity-X)'로부터 온보딩 서비스 사업자(On-boa

현대홈쇼핑 '전자폐기물 자원순환 캠페인' 아파트 2000곳으로 확대

현대홈쇼핑이 폐가전을 수거하고 재활용하는 '전자폐기물 자원순환 캠페인' 규모를 아파트 단지 총 2000곳으로 확대한다.현대홈쇼핑은 지속가능한 환

기후/환경

+

작년 동남아 바다 덮친 '해양 열파'...호주 면적의 5배

지난해 동남아시아와 태평양 일대에서 발생한 해양 열파의 면적이 호주 국토의 5배에 달한 것으로 나타났다.5일(현지시간) 세계기상기구(WMO)는 2024년

"19개국 대표단과 시민 1만여명 참여"...2025 환경의 날, 제주서 마무리

2025 세계 환경의 날 공식 기념행사가 5일 제주에서 이틀간의 일정을 마무리했다. 유엔환경계획(UNEP)과 환경부가 '플라스틱 오염 종식(#BeatPlasticPllution)'

'환경의 날' 맞은 환경단체들 새 정부에 '환경 정책' 이행 촉구

'세계 환경의 날'을 맞아 환경단체들이 새 정부를 향해 기후 위기 문제 해결을 위한 환경 정책을 이행하라고 촉구했다.환경운동연합은 5일 오전 서울

"기후위기 시계를 멈추자" 청년단체, 새 정부 기후대응 촉구

6월 5일 환경의 날을 맞아 청년단체들이 국회 '기후위기 시계' 앞에서 이재명 정부와 국회의 기후 대응을 촉구하는 퍼포먼스를 진행했다.기후변화청년

비가 안와서 가뭄?...더워진 대기가 수분 빼앗아 가뭄 늘었다

더워진 대기가 공기중 수분을 빨아들이면서 전세계적으로 가뭄이 발생하고 있다는 연구결과가 나왔다.4일(현지시간) 영국 옥스퍼드대 수문기후학자

전세계 하천 통해 수만년전 탄소가 대기로 방출

전세계 하천을 통해 고대에 존재하던 탄소가 대기로 방출되고 있다는 충격적인 연구결과가 나왔다. 이로 인해 기존 탄소 순환 모델과 기후목표 설정

에너지

+

순환경제

+

오피니언

+