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2017년 3월 18일 토요일

배터리와 냉각을 한 번에 해결한다?



(Three-dimensional chip stacks could be used in computers in the future. Integrated microscale flow batteries could both power and cool them. Credit: IBM Research Zurich)


 취리히의 스위스 취리히 연방공과대학과 IBM 취리히 연구소의 연구팀이 프로세서를 냉각시킬 수 있는 배터리 기술을 개발했습니다. 언뜻 생각하기에 배터리와 프로세서 모두 열을 내는 장치이기 때문에 다소 이상한 이야기처럼 들리지만, 가능한 부분도 있습니다. 바로 전해질 전지인 레독스 흐름 전지 (redox flow battery)를 이용한 것입니다. 


 적층식으로 만든 프로세서와 미니 레독스 흐름전지는 일종의 수냉 시스템을 구성하게 됩니다. 차가운 전해질이 흐르면서 열을 식히고 화학 반응을 통해 전기를 제공하는 방식이죠. 이 레독스 흐름 전지는 1.5mm에 불과하는 얇은 두께로 매우 작게 만들 수 있습니다. 참고로 수로는 3D 프린터를 이용해서 제작한 것이라고 합니다. 


(The channel networks ensure that the liquid electrolytes fully penetrate the porous electrodes and react electrochemically. Credit: Marschewski et al. Energy and Environmental Science 2017, adapted)

(3D-printed polymer channel walls (raised). The liquid electrolyte flows in the recesses. The enlarged image shows a 3 x 4 millimetre section. Credit: Marschewski et al. Energy and Environmental Science 2017)


 이 미니 레독스 흐름전지는 1x1 cm 면적으로 1.4W 정도의 전류를 만들 수 있으며 마이크로프세서의 열을 빠르게 낮출 수 있습니다. 배터리를 이용해서 냉각과 전기 공급을 한꺼번에 한다는 아이디어는 훌륭하지만, 아직 해결해야 할 문제도 있습니다. 현재의 레독스 흐름 전지는 리튬 계열 전지에 비해서 에너지 저장 밀도가 낮다는 점이죠. 따라서 결국 모바일 기기에 적용할 경우 별도의 배터리가 필요할 가능성이 큽니다. 


 따라서 실용성 여부는 아직 판단하기 이르지만, 연구팀은 칩을 식히는 것 이외에 다양한 응용이 가능하다고 생각하고 있습니다. 예를 들어 태양전지 패널과 결합시키면 전해질이 태양광 패널을 식혀 효율을 더 좋게 만들고 동시에 남는 전기는 배터리에 저장할 수 있습니다. 그외에 냉각수가 필요한 시스템에 에너지 저장 시스템과 결합해서 사용될 가능성이 있는 것입니다. 


 지금당장에는 이르지만 미래에 매우 에너지 밀도가 높은 레독스 흐름 전지가 나온다면 수냉식 냉각장치 겸 배터리가 현실화 될 수 있을 것입니다. 가능성 여부는 지금 판단하기 이르지만, 어쩌면 노트북을 위한 궁극의 배터리가 될지도 모르겠다는 생각이네요. 


 참고 


Julian Marschewski et al, 3D-printed fluidic networks for high-power-density heat-managing miniaturized redox flow batteries, Energy Environ. Sci. (2017). DOI: 10.1039/c6ee03192g 




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