MIT 슈퍼 커패시터 개발

2023.08.24 - [TREND/과학] - 양자컴퓨터 실현 가능성, 터븀인듐산화물(TbInO3)

MIT 슈퍼 커패시터 개발

MIT의 연구원들은 많은 양의 에너지를 저장할 수 있는 슈퍼 커패시터(Super Capacitor)를 만들었습니다. 시멘트, 물, 카본 블랙(숯 가루와 유사)만으로 만들어진 이 장치는 저렴한 재료로 태양열이나 풍력 에너지와 같이 재생 에너지를 저장할 수 있는 시스템을 만들 수 있습니다. 이 시스템을 활용하면 주택을 지을 때 콘크리트 기초에 통합하여 전기를 저장할 수도 있고, 콘크리트 도로에서 전기 자동차가 도로 위를 이동할 때 비접촉식 충전을 제공할 수도 있다고 합니다.

 

목차

커패시터의 원리

특징

저장용량

Contents

 

커패시터의 원리

커패시터(Capacitor**)는 구조적으로 매우 간단합니다. 전해질이 담겨 있고 막(membrane)으로 분리된 두 개의 전기 전도판으로 구성되어 있습니다. 커패시터에 전압이 가해지면 전해질의 양전하 이온이 음전하 판에 축적되고 양전하 판에는 음전하 이온이 축적됩니다. 판(Plate) 사이의 막(membrane)은 전하 이온의 이동을 차단하기 때문에 이러한 전하 분리는 플레이트 사이에 전기장을 생성하고 커패시터에 전기가 충전됩니다. 두 개의 판(Plate)은 이 전하를 보관하다가 전기가 필요할 때 사용할 수 있습니다. 슈퍼 커패시터는 매우 큰 전하를 저장할 수 있는 커패시터를 말합니다.

 

**Capacitor(커패시터)는 전기(electricity)를 저장할 수 있는 소자를 말합니다. 축전기(蓄電器) 또는 콘덴서(condenser)라고도 부르지만, 현재는 커패시터란 용어로 거의 통일되었습니다. Capacitor에 저장하는 물질은 전기의 원천인 전하(electric charge)입니다.

 

슈퍼 커패시터에 저장된 전기

 

특징

슈퍼 커패시터가 저장할 수 있는 전력량은 전도판(conductive plates)의 총 표면적에 따라 다릅니다. 이 연구팀의 슈퍼커패시터의 핵심은 bulk volume**내에 밀도가 높고 상호 연결된 전도성 재료와 내부 표면적이 높은 시멘트 기반 재료입니다. 연구팀은 전도성이 높은 카본 블랙과 물 및 시멘트 분말로 경화한 콘크리트 혼합물을 통해 연구 목적을 달성했습니다.

**bulk volume : The volume per unit mass of a dry material plus the volume of the air between its particles.

물은 시멘트와 반응하여 자연적인 네트워크 형태를 형성하고, 탄소는 경화된 시멘트 내에서 와이어와 같은 구조를 만들기 위해 이러한 공간으로 이동합니다. 이러한 구조는 프랙탈과 같은 같은 구조를 가지며 상대적으로 작은 부피에서 매우 큰 표면적을 갖게 됩니다. 그리고 이를 물질을 전하 입자를 제공하는 염화칼륨과 같은 표준 전해질 물질에 담그게 되면, 얇은 공간이나 절연층으로 분리된 이 물질로 만들어진 두 개의 전극은 매우 강력한 슈퍼커패시터를 형성한다고 연구원들은 발견했습니다.

MIT 연구팀이 구현한 슈퍼 커패시터

 

저장용량

연구팀은 크기가 45m2의 나노카본블랙이 도핑된 약 3.5m2 콘크리트 블록이 약 10KWh의 에너지를 저장할 수 있는 충분한 용량을 가질 것이라고 계산했습니다. 이는 한 가구가 사용하는 하루 평균 전기 사용량 정도입니다. 콘크리트가 기초의 강도를 유지하기 때문에 이 슈퍼 커패시터로 기초를 닦은 집은 태양광 패널이나 풍력 장치에서 생산되는 하루 분량의 에너지를 저장하고 필요할 때마다 사용할 수 있습니다. 또한 슈퍼커패시터는 배터리보다 훨씬 빠르게 충전 및 방전할 수 있습니다.

 

Contents

Date : July 31, 2023

Source : Massachusetts Institute of Technology

Journal Reference : Carbon–cement supercapacitors as a scalable bulk energy storage solution

 

 

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