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May 16, 2023

MIT 과학자들은 시멘트 블록을 이용한 전력 저장을 제안합니다.

향후 몇 년 안에 슈퍼커패시터 상용화 계획 MIT 연구원들은 매우 기본적인 재료로 만든 새로운 배터리 대안을 제안했습니다. 탄소 형태가 주입된 시멘트 블록

향후 몇 년 내 슈퍼커패시터 상용화 계획

MIT 연구원들은 매우 기본적인 재료로 만든 새로운 배터리 대안을 제안했습니다.

그을음과 유사한 형태의 탄소가 주입된 시멘트 블록은 전체 가구에 전력을 공급하기에 충분한 에너지를 저장할 수 있습니다. 단일 3.5미터 블록은 10kWh의 에너지를 보유할 수 있고 하루 동안 집에 전력을 공급할 수 있으며 이 기술은 몇 년 안에 상용화될 수 있다고 과학자들은 말합니다.

도로에 설치된 유사한 축전기는 자동차를 무선으로 충전할 수 있다고 MIT의 Franz-Josef Ulm, Admir Masic, Yang-Shao Horn 교수와 MIT 및 Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering의 다른 교수들이 논문에서 밝혔습니다.

과학자들은 불완전 연소된 물질에서 발견되는 원소 형태인 카본 블랙을 시멘트 블록에 첨가하여 큰 전하를 보유할 수 있는 슈퍼커패시터로 만들 수 있다는 사실을 발견했습니다.

커패시터는 분리된 금속 도체에 전하를 유지합니다. 그들이 보유하는 에너지는 전도성 물질의 표면적에 따라 달라지며, 팀은 습식 시멘트에 카본 블랙을 첨가함으로써 매우 간단하게 거대한 표면적을 생성할 수 있다는 것을 발견했습니다.

카본 블랙은 전도성이 매우 높으며 젖은 시멘트에 확산되어 경화 과정에서 반응하면서 물이 남긴 구멍으로 들어갑니다. 이는 최종 고체 콘크리트 블록 내에 작은 와이어 모양의 마이크로섬유 네트워크를 생성하며, 프랙탈 방식으로 구조화되며 여러 가지가 더 작은 가지를 지원합니다.

그런 다음 재료를 염화칼륨과 같은 소금에 담가서 전해질 역할을 하여 탄소 구조에 축적되는 하전 입자를 제공합니다. 얇은 공간이나 절연층으로 분리된 이 물질로 만들어진 두 개의 전극은 매우 강력한 슈퍼커패시터를 형성합니다.

Masic은 "이 재료는 매우 매력적입니다. 왜냐하면 세계에서 가장 많이 사용되는 인공 재료인 시멘트가 카본 블랙과 결합되어 있기 때문입니다. 카본 블랙은 잘 알려진 역사적 재료입니다. 사해 두루마리는 이 재료로 기록되었습니다. . 최소한 2000년 된 재료를 특정 방식으로 결합하면 전도성 나노복합체를 얻을 수 있는데, 이때 상황이 정말 흥미로워집니다.”

혼합물이 굳으면서 “카본 블랙은 연결된 전도성 와이어로 자가 조립됩니다”라고 그는 말합니다.

시멘트 축전기는 전 세계 어디에서나 생산할 수 있으며 블록은 혼합물에 카본 블랙이 3%만 있어도 작동합니다.

블록은 에너지 전환에 도움이 될 수 있습니다. 왜냐하면 필요한 동시에 생산되지 않는 태양광 및 풍력과 같은 재생 에너지의 균형을 유지하기 위해 전 세계적으로 에너지 저장이 필요하기 때문입니다.

Ulm은 "대규모 에너지 저장 장치에 대한 필요성이 매우 크다"고 말합니다. 기존 배터리는 가격이 비싸고 리튬과 같은 재료에 의존하기 때문에 공급이 제한되어 있으므로 더 저렴한 대안이 절실히 필요합니다. "시멘트는 어디에나 존재하기 때문에 우리 기술이 매우 유망한 곳입니다."

연구팀은 45 입방미터의 나노카본 블랙 도핑 콘크리트 블록이 약 10kWh의 에너지를 저장할 수 있는 충분한 용량을 가지고 있다는 사실을 알아냈습니다. 이는 가구의 일일 평균 전기 사용량으로 간주됩니다. 기초에 있는 배터리는 풍차나 태양광 패널을 사용하여 작동할 수 있습니다.

데이터 센터에서는 건물 구조의 일부인 UPS 배터리를 사용하는 것이 가능할 수 있습니다.

더 강력한 커패시터가 필요한 경우 구조적 강도가 다소 떨어지더라도 더 높은 농도의 카본 블랙으로 만들 수 있습니다. 이는 콘크리트가 구조적 역할을 하지 않거나 콘크리트의 최대 강도 잠재력이 요구되지 않는 응용 분야에 유용할 수 있습니다. 재단이나 풍력 터빈 베이스의 구조 요소와 같은 응용 분야의 경우 "최적의 지점"은 혼합된 카본 블랙이 약 10%라고 팀은 말합니다.

개념 증명으로 팀은 직경 1cm, 두께 1mm의 버튼 셀 배터리 크기 정도의 슈퍼커패시터를 사용하여 아주 작은 규모로 시작했습니다. 이들 중 3개는 1V로 충전되어 3V 발광 다이오드(LED)에 전력을 공급하는 데 사용되었습니다.