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건물이 배터리가 된다? 콘크리트 배터리 기술 개발



 (A prototype of the concrete battery developed at Chalmers University of Technology. Credit: Chalmers University of Technology)




(A diagram depicting the novel concrete-based battery developed at Chalmers University of Technology. Credit : Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology)


 

 전기차와 신재생 에너지의 보완 수단으로써 에너지 저장 시스템 (ESS) 수요 때문에 세계 주요 국가와 기업에서 배터리 기술에 막대한 투자를 아끼지 않고 있습니다. 이 가운데는 현재 널리 사용되는 리튬 이온 배터리 계열이 아닌 완전히 새로운 기술의 배터리를 개발하는 연구자도 적지 않습니다.



 스웨덴 샬머스 공과 대학 (Chalmers University of Technology) 콘크리트 구조물을 배터리로 만드는 뭔가 색다른 과제에 도전했습니다. 전기가 통하지 않는 콘크리트가 배터리로 바뀌기 위해서는 약간의 첨가제가 필요합니다. 연구팀은 시멘트에 소량의 탄소 섬유를 섞어 전기 전도성을 지니게 하면서 강도도 높였습니다. 그리고 콘크리트 구조물에 양극층 (anode layer)과 음극층 (cathode layer)에 역할을 할 금속 코팅 탄소 섬유 메쉬 구조물을 넣었습니다. (개념도 참조) 참고로 양극은 철, 음극은 니켈을 코팅했습니다. 그러면 배터리 같은 역할을 할 수 있는 것입니다. 



 물론 이렇게 만든 콘크리트는 에너지 저장 밀도가 매우 낮습니다. 대략 제곱미터당 7Whr 정도이고 리터 당 0.8Whr로 무게를 생각하면 전자 기기는 말할 것도 없고 전기차 등에 탑재하기도 어렵습니다. 비록 이 기술이 기존의 콘크리트 기반 배터리보다 에너지 밀도가 10배 높지만, 기존의 배터리를 일반적으로 대체할 수 있는 기술이라고 보기는 어려운 것입니다. 



 하지만 연구팀은 이 기술이 저렴하게 상용화만 가능하다면 여러 가지 응용이 가능할 것으로 생각하고 있습니다. 건물에 있는 사물 인터넷 (IoT) 기기에 전력을 공급하거나 비상 전력 공급, 오지에 있는 건물이나 기타 시설물에서 구조물 자체가 배터리의 역할을 하게 하는 것입니다. 



 그러나 아직 이 기술은 초기 단계라고 할 수 있습니다. 가장 큰 문제는 수명이 얼마나 길 것이냐는 점입니다. 콘크리트 구조물의 수명은 50-100년 이상이지만, 배터리의 수명은 5-10년 이내라면 과연 큰 의미가 있는 기술일지 의문입니다. 또 안전성 문제나 콘크리트 수명에 미치는 문제, 비용 등 여러 가지 이슈가 있어 실용화 가능성은 두고봐야 알 수 있다고 생각합니다. 아무튼 재미있는 시도인 건 분명해 보입니다. 





 참고 



Emma Qingnan Zhang et al, Rechargeable Concrete Battery, Buildings (2021). DOI: 10.3390/buildings11030103


https://newatlas.com/energy/novel-concrete-battery-buildings-energy-storage/


https://techxplore.com/news/2021-05-world-concept-rechargeable-cement-based-batteries.html
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