콘크리트 믹스 형태 자체

MIT 연구원들은 시멘트와 카본 블랙을 물과 혼합함으로써 생성된 콘크리트가 에너지 저장 슈퍼커패시터로 자가 조립될 수 있음을 발견했습니다. 이 슈퍼커패시터는 가정용 자동차나 고속 충전 전기 자동차에 전력을 공급할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 이번 개발은 콘크리트에 메쉬 전극이 필요하지 않기 때문에 콘크리트를 사용한 에너지 저장을 한 단계 더 발전시켰습니다. 대신, 카본 블랙은 경화 과정에서 자체적으로 연결된 전극 구조를 형성합니다.

물과 시멘트는 콘크리트가 경화됨에 따라 분기 채널 네트워크를 생성하는 방식으로 함께 반응합니다. 카본 블랙은 자연적으로 이러한 채널로 이동하여 콘크리트 전체에 걸쳐 표면적이 넓은 탄소 전극을 형성합니다. 콘크리트가 염화칼륨과 같은 표준 전해질에 담겨지면 이러한 채널은 슈퍼커패시터의 판 역할을 합니다. 슈퍼커패시터는 거의 즉시 충전 및 방전이 가능하므로 표준 리튬 배터리에 비해 전력 밀도와 출력이 더 높습니다. 그러나 에너지 밀도가 낮아지고 카본 블랙을 더 많이 첨가하면 콘크리트가 약해진다는 단점이 있습니다.

이러한 콘크리트 에너지 저장장치는 크기가 작을 필요가 없다는 장점이 있다. 콘크리트는 일반적으로 건설 목적으로 대량으로 사용됩니다. 실제로 약 2,000평방피트 규모의 미국 평균 주택은 약 31입방야드의 콘크리트를 사용합니다. MIT 팀은 1,589 입방피트의 나노카본 흑색 도핑 콘크리트 블록이 약 10kWh의 전기를 저장할 수 있다고 추정합니다. 이는 평균 미국 가정의 전력 소비량의 3분의 1을 감당하기에 충분합니다.

MIT 팀은 콘크리트에서 잘라낸 전극 디스크 쌍을 사용하여 3V LED를 밝히는 소규모 콘크리트 슈퍼커패시터를 테스트했습니다. 그들은 현재 1,589입방피트, 10kWh 버전을 목표로 대규모 시연을 진행하고 있습니다. 이 기술은 콘크리트 슈퍼커패시터를 도로변 태양광 패널 및 무선 EV 충전 도로용 유도 충전 코일과 결합하는 등 다양한 응용 분야에서 상당한 잠재력을 가지고 있습니다. 또한 대규모 그리드 기반 에너지 저장 시설에도 잠재적으로 사용될 수 있습니다. 그러나 이 콘크리트가 옥외용으로 적합한지, 현장에서 타설하여 자가 조립할 수 있는지는 불분명합니다. 해당 연구는 공개적으로 접근 가능하며 PNAS 저널에 게재됩니다.