열광전지(TPV)를 이용한 열 배터리 시스템

(Credit: Fourth Power)

열 배터리 기술은 고온의 열 에너지를 저렴한 소재에 저장하는 기술입니다. 기술적으로는 어렵지 않지만, 열 에너지에서 다시 전기로 전환하는 과정에서 에너지 효율이 낮기 때문에 실제로는 사용되지 않고 있습니다.

이 분야 스타트업 가운데 하나인 포스 파워 Fourth Power는 리튬 이온 배터리보다 10배 저렴한 열 에너지 배터리를 개발했다고 주장하고 있습니다. 고효율 에너지 전환이 가능해 주목 받고 있는 열광전지 thermophotovoltaic (TPV) 셀을 이용해 에너지 전환 효율을 높인 것이 특징입니다.

남아도는 태양광, 풍력 에너지를 열로 바꾸는 일은 쉽습니다. 전기를 열로 바꾸기만 하면 됩니다. 하지만 반대로 열을 전기로 바꾸기 위해서는 증기를 만들어 터빈을 돌려야 합니다. 비용이 많이 드는 것은 물론 에너지 효율도 30%대에 불과합니다.

TPV 셀은 태양 전지처럼 구조개 단순하고 높은 온도에서 에너지 전환 효율이 높습니다. 무엇보다 고온의 복사 에너지에 노출되면 즉시 전기를 만들 수 있어 전력망 백업 목적으로 적합합니다.

대신 고온의 열원이 필요하기 때문에 흑연을 섭씨 2500도 까지 온도를 올려 보관합니다. 저장된 열 에너지를 꺼낼 때는 섭씨 232도에서 녹는 주석을 이용합니다. 액체 주석은 세라믹으로 된 내열 펌프 시스템을 이용해 이동하면서 흑연 파이프를 뜨겁게 만들고 온도가 섭씨 2400도에서 1900도 정도로 낮아집니다. 이 열로 밝게 빛나는 파이프가 TPV 셀에 에너지를 전달하는 방식입니다.

(동영상)

포스 에너지 측은 TPV의 에너지 효율을 50% 이상으로 올리는 것을 목표로 하고 있습니다. 2022년 기록은 41% 였습니다. 현재 활발한 연구가 이뤄지는 점을 감안하면 불가능한 목표는 아닐 수 있습니다.

다만 이론적으로만 가능한 에너지 저장 시스템은 의미가 없습니다. 포스 에너지 측은 빌 게이츠의 브레이크스루 에너지 벤처 펀드 (Breakthrough Energy Ventures fund)의 지원을 받아 1MWh의 프로토타입 열 배터리를 제작할 계획입니다. 과연 의도한 목표에 도달할 수 있을지 주목됩니다.

참고

https://newatlas.com/energy/fourth-power-liquid-tin-battery/

https://www.businesswire.com/news/home/20231212339839/en/Fourth-Power-Secures-19M-for-Low-Cost-Utility-Scale-Thermal-Energy-Storage-to-Enable-a-Fully-Renewable-Grid

이 블로그의 인기 게시물

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다. 하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다. 연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...

자세한 내용 보기

벽돌 속에 전기를 저장하는 코팅

( Red brick device developed by chemists at Washington University in St. Louis lights up a green light-emitting diode. The photo shows the core-shell architecture of a nanofibrillar PEDOT-coated brick electrode. Credit: D'Arcy laboratory, Department of Chemistry, Washington University in St. Louis ) 신재생 에너지 확대와 에너지를 24시간 차질 없이 공급해야 하는 기업과 기관 (예를 들어 병원, 금용기관, 중요 산업 시스템 및 기타 갑자기 시스템을 중지할 수 없는 분야)이 증가함에 따라 에너지 저장 장치 (ESS)의 수요 역시 가파르게 증가하고 있습니다. 특히 풍력과 태양광처럼 에너지 생산량 변동이 심한 에너지원이 보급되면서 값싸고 안전하게 대량의 에너지를 저장할 수 있는 방법의 요구가 커지고 있습니다. 워싱턴 대학 줄리오 다르시 ( Julio D'Arcy ) 교수가 이끄는 연구팀은 평범한 벽돌에 전기를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀의 접근법은 전기가 통하는 폴리머 소재인 PEDOT를 코팅해 벽돌 자체를 슈퍼 커패시터 (콘덴서)로 만드는 것입니다. 화학 배터리 대신 슈퍼 커패시터에 전기를 저장하는 연구는 일찍부터 있어왔지만, 흔한 벽돌 소재의 슈퍼 커패시터는 참신한 시도라고 할 수 있습니다. 벽돌에 에너지를 저장하려는 시도 역시 이전에도 있었지만, 대개 열을 저장하는 방식이었고 전기 자체를 저장하는 방식은 새로운 시도입니다. 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/221592595133 연구팀에 따르면 일반적인 크기의 벽돌에 PEDOT 소재를 코팅할 경우 최대 10분 정도 LED 전...

자세한 내용 보기

상어 비늘을 흉내낸 항공기 스킨 - 에어로샤크

(출처: 루프트한자 그룹) 몇년 전 소개드린 바 있는 에어로샤크(AeroSHARK)가 유럽 항공 안전국(EASA)으로부터 에어버스 A330-300에 탑재해도 좋다는 승인을 받아 적용 범위를 확장하게 됐습니다. 상어의 비늘을 모방해서 항력을 낮추는 에어로샤크는 가벼운 필름 형태로 부착해서 항공기의 연료 효율을 높일 수 있습니다. 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222658782756 항공기를 잡아당기는 항력 (drag)은 항공기의 연료 소모를 증가시키는 원인 중 하나입니다. 여객기의 알루미늄 합금 동체는 만져보면 매끄럽게 느껴지지만, 사실 표면은 미세하게 거친 상태입니다. 비행기가 시속 890km의 속도로 대기를 뚫고 나아갈 때 얇은 공기층이 동체에 달라붙는데, 표면과 이 공기층 사이에는 약 1밀리미터 두께의 아주 작은 틈이 있습니다. 점성 하층이라고 불리는 이 틈은 소용돌이가 무질서하게 뒤섞인 공기 덩어리입니다. 이 얇은 난류층은 표면 마찰 항력을 발생시킵니다. 이는 전체 공기역학적 항력의 약 50%를 차지하며, 성능과 비행 효율을 떨어뜨리는 요인입니다. 그런데 사실 상어는 수억 년 전부터 기발한 방법으로 물속에서 항력을 낮춰왔습니다. 상어는 작고 이빨처럼 생긴 비늘인 피부치상돌기를 지니고 있습니다. 상어의 몸을 따라 길게 뻗어 있는 이 작은 돌기들은 물이 상어의 몸 위로 흐를 때, 미세한 소용돌이가 피부에 직접 닿지 않도록 막습니다. 이렇게 하면 난류가 억제되어 상어가 빠르고 부드럽게 헤엄칠 수 있게 됩니다. 에어로사크는 자연의 디자인을 모방하여 유사한 효과를 냅니다. 이는 상어 이빨 능선의 기하학적 구조와 높이, 간격을 흉내낸 50마이크로미터 크기의 홈이 새겨진 인공 고분자 필름입니다. 이 얇은 필름을 비행기 동체에 붙으면 비행당 연료 소비량과 배출량을 1% 줄일 수 있으며, 날개와 꼬리날개에도 붙인 경우 최대 2%까지 줄일 수 있습니다. 디스커버 항공은 자사의 에어버스 ...

자세한 내용 보기

고든의 블로그 구글 분점

이 블로그 검색