아파트는 미래의 거대한 배터리가 될 수 있다

(댄 트리) - 미래의 도시는 "숨쉬는" "반응형" 콘크리트 블록으로 지어질 수 있으며, 건물 자체가 글로벌 친환경 에너지 네트워크의 일부가 될 것입니다.

콘크리트는 산업 시대의 상징 중 하나입니다. 이제 매사추세츠 공과대학교(MIT)는 콘크리트를 새로운 에너지원으로 "재정의"하고 있습니다.

콘크리트 ^1m³는 2kWh의 전기를 저장할 수 있는데, 이는 냉장고를 24시간 가동할 수 있는 양입니다. 이러한 성과는 자체적으로 전기를 생산, 저장 및 공급할 수 있는 미래 건물의 가능성을 열어줍니다.

건축자재부터 에너지 저장 장치까지

콘크리트는 주택, 다리, 고층 빌딩 등 모든 건축물과 관련된 재료입니다.

MIT 연구팀은 이를 "에너지 장치"로 개발하고 있습니다. ec3라고 불리는 이 새로운 콘크리트는 전자 전도성 탄소 콘크리트(electron-conducting carbon concrete)의 약자로, 시멘트, 물, 그리고 전도성이 높은 물질인 카본 블랙으로 만들어졌습니다.

기존 콘크리트와 달리 ec3는 슈퍼커패시터 역할을 할 수 있습니다. 콘크리트 블록을 혼합, 성형, 경화한 후, 전해질 용액에 담가 하전된 이온이 탄소 망상 구조로 침투하도록 합니다.

새로운 유형의 콘크리트는 ec3라고 불리며, 전자 전도성 탄소 콘크리트를 의미합니다(사진: MIT).

얇은 절연층으로 분리된 두 개의 ec3 전극은 전기를 저장할 수 있는 구조를 만들어냅니다.

연구팀은 2년간의 최적화를 거쳐 ec3의 저장 용량을 2023년에 발표한 첫 번째 버전에 비해 약 10배 늘렸습니다. ^1m3 의 소재로 이제 2kWh 이상을 저장할 수 있는데, 이는 냉장고를 하루 종일 가동하기에 충분한 전력입니다.

저장 용량 증가를 위한 핵심 나노 구조 디코딩

이러한 결과를 얻기 위해 MIT의 과학자들은 FIB SEM 단층촬영이라는 현미경 기술을 사용했는데, 이를 통해 콘크리트 내부의 나노탄소 네트워크를 매우 높은 3차원 분해능으로 관찰할 수 있었습니다.

이를 통해 카본 블랙 입자가 시멘트와 결합하여 전도성 시스템을 형성하는 방식을 더 잘 이해할 수 있었습니다. 나노 수준으로 미세화하면 표면적이 증가하여 재료가 더 많은 전하를 보유할 수 있습니다.

연구팀은 또한 다양한 전해질 용액을 시험했습니다. 4차 암모늄염과 전도성 용매인 아세토니트릴의 조합은 안정적인 전기화학적 환경을 조성하여 에너지 밀도를 크게 증가시켰습니다.

후처리 없이 저장 용량을 확장하기 위해 더 두꺼운 전극이 추가되었습니다.

현재 EC3의 에너지 밀도는 약 200Wh/ ^m³ 로 추정되며, 이는 기존 건축 자재보다 훨씬 높습니다. 이러한 효율 덕분에 아파트에 EC3 벽 몇 블록만 설치해도 단기 거주에 필요한 전기를 저장할 수 있습니다.

콘크리트가 느끼고 반응할 수 있을 때

ec3는 전기를 저장할 뿐만 아니라 주변 환경을 "감지"하고 반응할 수도 있습니다. 한 실험에서 과학자들은 ec3를 이용하여 작은 돔 모형을 만들었는데, 이는 9V LED를 켤 수 있는 충분한 전기량이었습니다.

ec3는 전기를 저장할 뿐만 아니라, 주변 환경을 "감지"하고 반응할 수도 있습니다(사진: MIT).

부하를 가했을 때, 광 출력은 가해진 힘에 따라 달라졌으며, 이는 전압이 그에 따라 변동한다는 것을 나타냅니다.

EC3 연구 센터 공동 소장인 아드미르 마식 박사는 실물 크기의 EC3 돔이 강풍이나 비정상적인 하중에 부딪히면 출력이 변동될 수 있다고 말했습니다. 이 신호를 활용하여 구조물의 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

이 기술은 건물에 균열, 진동, 또는 과부하가 발생할 경우 스스로 경고할 수 있는 건물의 가능성을 열어줍니다. 각 구조물은 단순히 고정된 콘크리트 블록이 아니라, 환경에 반응하는 "스마트" 자재 시스템이 될 것입니다.

깨끗한 에너지와 지속 가능한 인프라를 위한 전진

EC3의 출시는 전 세계 가 재생 에너지 저장 솔루션이 절실히 필요한 시점에 이루어졌습니다. 리튬 이온 배터리는 효율이 높지만 가격이 비싸고 재활용이 어려우며 희귀 금속에 의존하는 단점이 있습니다.

반면, 콘크리트는 저렴하고 내구성이 뛰어나며, 널리 구할 수 있고, 환경에 큰 영향을 미치지 않고 대량 생산이 가능합니다.

MIT는 ec3가 주택 기초, 벽, 보도 또는 도로바닥에 통합되어 태양광 패널과 풍력 터빈에서 생산되는 전기를 저장할 수 있기를 바라고 있습니다.

에너지가 초과되면 이 시스템은 이를 저장했다가 수요가 높을 때 방출합니다. 일본에서는 겨울철 얼음을 녹이기 위해 삿포로의 보도를 데우는 데 이 기술을 시험했습니다.

ec3가 상용화되면 도시 인프라 전체를 분산형 배터리 네트워크로 전환하여 국가 전력망을 안정화하고 화석 에너지에 대한 의존도를 낮추는 데 기여할 수 있습니다.

MIT는 ec3가 에너지 밀도 측면에서 상업용 배터리에 아직 미치지 못한다는 점을 인정하지만, 콘크리트가 단순히 하중을 지탱하는 재료가 아니라 에너지 시스템의 일부가 되는 미래를 열어준다는 것을 보여줍니다.

출처: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/chung-cu-co-the-la-khoi-pin-khong-lo-trong-tuong-lai-20251014080130790.htm