MIT 사람들이 시멘트로 가정용 배터리 대체품을 만들었습니다. • The Register

MIT 연구원들은 시멘트, 약간의 물, 결정질 형태의 카본 블랙 분말만을 사용하여 에너지를 저장하는 새롭고 새로운 방법을 발견했다고 주장합니다.

재료를 교묘하게 결합하여 슈퍼커패시터를 만들 수 있으며, 이는 주택의 전력 저장 기초, 차량을 무선으로 충전할 수 있는 도로, 풍력 터빈 및 기타 재생 에너지 시스템의 기초 역할을 하는 데 사용될 수 있습니다. 팀은 놀라운 양의 에너지를 주장합니다.

Proceedings of the National Academy of Sciences에 발표된 논문에 따르면, 45입방미터의 카본블랙 도핑 시멘트는 10kWh의 에너지를 저장할 수 있는 충분한 용량을 가질 수 있습니다. 이는 대략 평균 가구가 하루에 사용하는 양과 같습니다. 해당 크기의 시멘트 블록은 한 면당 약 3.5미터이며, 집의 크기에 따라 이론적으로 이 블록은 재생 에너지를 사용하는 독립형 주택에 필요한 모든 에너지를 저장할 수 있습니다.

"세계에서 가장 많이 사용되는 인공 재료인 시멘트는 카본 블랙과 결합되어 잘 알려진 역사적 재료입니다. 사해 두루마리는 이 재료로 기록되었습니다."라고 MIT 토목 및 건축학 부교수는 말했습니다. 환경 공학, Admir Masic.

"특정 방식으로 결합하면 전도성 나노복합체를 얻을 수 있는 적어도 2000년 된 재료가 있는데, 이때 상황이 정말 흥미로워집니다"라고 Masic은 덧붙였습니다.

커패시터는 에너지를 저장할 수 있지만 배터리와 같은 방식은 아닙니다.

배터리는 화학 에너지를 정전기 전하로 변환하여 에너지를 저장하고 방출하는 반면, 커패시터는 분리된 전도성 플레이트 사이의 전기장에 에너지를 저장합니다. 두 도체 사이의 간격에 절연체가 더 완벽할수록 각 도체에 더 많은(동일하지만 반대인) 전하를 저장할 수 있습니다. 그래핀을 포함한 이온 투과성 막을 분리막으로 사용하는 슈퍼커패시터도 유사하게 작동합니다.

전원에 연결되면 에너지가 플레이트에 저장되지만 부하에 연결되면 전류가 다시 흘러 전력을 공급합니다.

커패시터 또는 슈퍼커패시터의 용량은 주로 플레이트의 표면적에 의해 결정되지만 전적으로는 아닙니다. MIT 연구진은 그들이 탐구한 물질이 카본 블랙과 물이 상호 작용하는 방식 덕분에 내부 표면적이 유난히 높다고 설명했습니다.

"탄소 존재 하에서 시멘트의 수화 반응은 하중을 견디는 시멘트 기반 매트릭스에 침투하는 프랙탈과 같은 전자 전도성 탄소 네트워크를 생성합니다"라고 저자는 지적합니다. 본질적으로, 이 탄소가 풍부한 시멘트 블록에는 전도성이 높은 카본 블랙 와이어가 통과하여 표면적을 대폭 증가시켜 저장 용량을 증가시킵니다.

Masic은 혼합물이 경화되면서 물이 시멘트에 흡수된다고 말했습니다. 소수성이 강한 카본블랙은 같은 방식으로 분산될 수 없기 때문에 "카본블랙은 연결된 전도성 와이어로 자기 조립됩니다."

경화된 시멘트가 슈퍼커패시터 역할을 하려면 혼합물의 3%만이 카본 블랙이어야 하지만 연구진은 10%의 카본 블랙 혼합물이 이상적인 것으로 나타났습니다. 그 비율을 넘어서면 시멘트는 덜 안정해집니다. 이는 건물이나 기초에 원하는 것이 아닙니다. 연구팀은 비구조적 사용으로 인해 카본 블랙의 농도가 높아져 에너지 저장 용량이 높아질 수 있다고 지적했습니다.

팀은 카본 블랙 혼합물을 사용하여 작은 1볼트 테스트 플랫폼만 구축했지만 12볼트 자동차 배터리와 동일한 크기의 슈퍼커패시터로 확장하고 궁극적으로는 45입방미터 블록까지 확장할 계획입니다.

MIT는 에너지 저장에 사용되는 것 외에도 시멘트에 싸인 전도성 탄소 네트워크에 전기를 공급함으로써 열을 제공하는 데에도 사용할 수 있다고 지적했습니다.

MIT 토목 및 환경 공학 교수이자 MIT의 콘크리트 지속 가능성 허브 책임자인 Franz-Josef Ulm은 "대규모 에너지 저장 장치에 대한 수요가 엄청납니다."라고 말했습니다. 논문의 공동 저자인 Ulm은 더 저렴하고 더 풍부한 재료를 사용하여 만든 슈퍼커패시터가 세계가 재생 에너지로 전환하는 데 큰 도움이 될 수 있으며 리튬과 같은 비싸고 부족한 재료의 필요성을 제거할 수 있다고 설명했습니다.