엔지니어는 에너지를 만든다

Jun 19, 2023

2023년 7월 31일

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매사추세츠 공과 대학

인류의 가장 보편적인 역사적 물질 중 두 가지인 시멘트와 카본 블랙(매우 고운 목탄과 유사)이 새로운 저비용 에너지 저장 시스템의 기초를 형성할 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔습니다. 이 기술은 재생에너지 공급의 변동에도 불구하고 에너지 네트워크를 안정적으로 유지함으로써 태양광, 풍력, 조력과 같은 재생에너지원의 사용을 촉진할 수 있습니다.

연구원들은 두 가지 물질을 물과 결합하여 전기 에너지를 저장할 수 있는 배터리 대체품인 슈퍼커패시터를 만들 수 있다는 것을 발견했습니다.

예를 들어, 시스템을 개발한 MIT 연구원들은 슈퍼커패시터가 결국 집의 콘크리트 기초에 통합되어 기초 비용을 거의 추가하지 않으면서 하루 종일 에너지를 저장할 수 있다고 말합니다. 여전히 필요한 구조적 강도를 제공합니다. 연구원들은 또한 전기 자동차가 도로를 주행할 때 비접촉 충전을 제공할 수 있는 콘크리트 도로를 구상하고 있습니다.

간단하지만 혁신적인 기술은 PNAS 저널, MIT 교수 Franz-Josef Ulm, Admir Masic, Yang-Shao Horn 및 MIT와 Wyss Institute의 다른 4명의 교수가 작성한 논문에 설명되어 있습니다.

커패시터는 원칙적으로 전해질에 담겨 있고 멤브레인으로 분리된 두 개의 전기 전도성 판으로 구성된 매우 간단한 장치입니다. 커패시터 양단에 전압이 가해지면 전해질의 양전하 이온은 음전하 판에 축적되고, 양전하 판에는 음전하 이온이 축적됩니다.

플레이트 사이의 막은 전하를 띤 이온이 이동하는 것을 차단하기 때문에 이러한 전하 분리는 플레이트 사이에 전기장을 생성하고 커패시터는 충전됩니다. 두 개의 플레이트는 오랫동안 이 한 쌍의 전하를 유지할 수 있으며 필요할 때 매우 빠르게 전달할 수 있습니다. 슈퍼커패시터는 단순히 매우 큰 전하를 저장할 수 있는 커패시터입니다.

커패시터가 저장할 수 있는 전력량은 전도성 플레이트의 전체 표면적에 따라 달라집니다. 이 팀이 개발한 새로운 슈퍼커패시터의 핵심은 벌크 부피 내에서 전도성 재료의 조밀하고 상호 연결된 네트워크로 인해 내부 표면적이 매우 높은 시멘트 기반 재료를 생산하는 방법에서 비롯됩니다.

연구진은 전도성이 높은 카본 블랙을 시멘트 분말 및 물과 함께 콘크리트 혼합물에 넣고 경화시킴으로써 이를 달성했습니다. 물은 시멘트와 반응하면서 자연적으로 구조물 내에서 분기형 개구부 네트워크를 형성하고, 탄소는 경화된 시멘트 내에서 와이어 같은 구조물을 만들기 위해 이러한 공간으로 이동합니다. 이러한 구조는 큰 가지에서 작은 가지가 돋아나고, 더 작은 가지가 돋아나는 프랙탈 같은 구조를 가지고 있으며, 상대적으로 작은 부피의 범위 내에서 매우 큰 표면적을 갖게 됩니다.