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

100 테슬라급 자기장 도달

미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡ 웨버 (Wb) 는 자속의 단위) 의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다. 이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다. ( The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse. ) 이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은 Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter 로 요약할 수 있다고 합니다. 아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

자세한 내용 보기

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다. 책 정보: http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24: http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가: http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘: http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고: http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 : http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고: http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

자세한 내용 보기

이빨이 다시 진화한 개구리

( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh ) 개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다. 이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다. 이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다. 하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...

자세한 내용 보기

고든의 블로그 구글 분점

이 블로그 검색