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Aug 14, 2023

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MIT 연구원들은 시멘트와 카본 블랙을 물과 혼합하면 생성된 콘크리트가 전력을 공급하기에 충분한 주스를 생산할 수 있는 에너지 저장 슈퍼커패시터로 자가 조립된다는 사실을 발견했습니다.

MIT 연구원들은 시멘트와 카본 블랙을 물과 혼합하면 그 결과로 생성된 콘크리트가 집이나 고속 충전 전기 자동차에 전력을 공급하기에 충분한 주스를 생산할 수 있는 에너지 저장 슈퍼커패시터로 자가 조립된다는 사실을 발견했습니다.

우리는 에너지 저장을 위해 콘크리트를 사용하는 아이디어에 대해 이전에 글을 쓴 적이 있습니다. 2021년에 Chalmers University of Technology의 팀은 탄소 섬유 메쉬 전극 주위에 부어진 콘크리트에 유용한 양의 전기 에너지를 저장할 수 있는 방법을 보여주었습니다. 전도성을 추가하는 탄소 섬유.

MIT의 발견은 메쉬 전극을 콘크리트에 놓을 필요가 없고 대신 경화 과정의 일부로 카본 블랙이 자체적으로 연결된 전극 구조를 형성할 수 있도록 하기 때문에 상황을 한 단계 더 발전시키는 것으로 보입니다.

이 공정은 물과 시멘트가 함께 반응하는 방식을 활용합니다. 물은 경화되기 시작하면서 콘크리트에 분기형 채널 네트워크를 형성하고 카본 블랙은 자연적으로 해당 채널로 이동합니다. 이 채널은 프랙탈과 같은 구조를 나타내며 더 큰 가지가 점점 더 작은 가지로 나뉘며 콘크리트 전체에 걸쳐 매우 큰 표면적을 가진 탄소 전극을 생성합니다.

절연층이나 얇은 공간으로 분리된 이 가지 중 두 개는 염화칼륨과 같은 표준 전해질에 모든 것을 담그면 슈퍼커패시터의 판으로 잘 작동합니다.

물론 슈퍼커패시터는 거의 즉시 충전 및 방전할 수 있으므로 전력 밀도와 출력은 일반적으로 표준 리튬 배터리를 사용하여 얻을 수 있는 것보다 훨씬 높습니다.

에너지 밀도는 더 낮으며, 더 많은 카본 블랙을 추가하면 에너지 저장이 증가하고 최종 콘크리트가 약해지기 때문에 체적으로 저장되는 에너지의 양과 콘크리트에 필요한 강도 사이에 균형이 이루어져야 합니다.

하지만 여기서 가장 좋은 점은 이 에너지 저장 장치가 작을 필요가 없다는 것입니다. 콘크리트는 대량으로 사용되는 경향이 있습니다. 합리적인 표준인 5인치 두께(13cm)의 콘크리트 슬래브 위에 지어진 평균 미국 2,000제곱피트(185.8m2) 주택은 약 31입방야드(~24m3)의 콘크리트를 사용합니다. 진입로나 콘크리트 차고가 있는 경우에는 더 추가하고, 콘크리트 벽이나 기둥을 사용하여 집을 지은 경우에는 훨씬 더 많이 추가합니다.

MIT 팀은 1,589cu-ft(45m3)의 나노카본 흑색 도핑 콘크리트 블록이 약 10kWh의 전기를 저장할 것이라고 말합니다. 이는 평균 미국 가정의 전력 소비량의 약 3분의 1을 충당하거나 전력망을 줄이기에 충분한 양입니다. 적당한 크기의 옥상 태양광 어레이와 함께 에너지 비용이 0에 가깝습니다. 게다가 비용도 거의 추가되지 않습니다.

팀은 이러한 콘크리트 슈퍼캡을 소규모로 테스트하여 전극 쌍을 잘라 버튼 셀 배터리 크기의 작은 1V 슈퍼커패시터를 만들고 그 중 3개를 사용하여 3V LED를 켰습니다. 현재는 자동차 배터리 크기의 블록을 개발하고 있으며 대규모 시연을 위해 1,589cu-ft, 10kWh 버전을 목표로 하고 있습니다.

어제 PNAS 저널에 발표된 새로운 연구의 공동 저자인 MIT 교수 Franz-Josef Ulm에 따르면 이는 확장성이 뛰어난 기술입니다.

"1밀리미터 두께의 전극에서 1미터 두께의 전극으로 갈 수 있으며, 그렇게 함으로써 기본적으로 몇 초 동안 LED를 켜는 것에서부터 집 전체에 전력을 공급하는 것까지 에너지 저장 용량을 확장할 수 있습니다."라고 Ulm은 말합니다. 보도 자료.

집 너머를 보면 콘크리트는 건물부터 바닥 덮개, 도로망까지 모든 곳에 존재합니다. 팀은 이 에너지 저장 콘크리트가 도로변 태양광 패널 및 유도 충전 코일과 결합되어 필요에 따라 대용량 주스를 펌핑하는 슈퍼커패시터의 능력 덕분에 초고속 드라이브 스루 무선 EV 충전 도로를 만들 수 있다고 말합니다.

또한 대규모 그리드 기반 에너지 저장 시설의 기초에 콘크리트가 많이 사용되는 것으로 추정되는데, 이는 거대한 콘크리트 슈퍼커패시터가 느리게 움직이는 화학 배터리와 잘 어울려 충격적인 전력을 전달할 수 있는 능력을 제공할 수 있다는 흥미로운 가능성을 제기합니다. 더 낮은 전력에서 더 오랫동안 기여할 뿐만 아니라 그리드에 빠르게 기여합니다.