스웨덴 찰머스 공대, 시멘트 기반 배터리 저장시설 개발

스웨덴 찰머스 공과대학에서 건물을 대규모 전력 저장 시설로 바꿀 수 있는 시멘트 기반 배터리를 개발하고 있어 주목을 끈다. 아직 초기 단계이지만 발상이 참신하다.

새로운 시멘트 기반 배터리는 이전 콘크리트 배터리보다 에너지 밀도가 10배 가량 더 높다고 한다. 충전식 시멘트 기반 배터리로는 세계 최초의 개발이다.
찰머스 공과대학(CUT) 연구팀은 재생 에너지를 활용할 수 있는 큰 잠재력을 가진 분야 중 하나로 도시 공간을 활용하는 방법에 주목해 왔다. 재생 에너지에 의해 수확된 에너지를 저장하기 위해 빌딩을 활용하는 것이다.

찰머스 공과대학 팀은 콘크리트의 탄소 감축 방법을 연구하면서 콘크리트를 전력의 저장 수단으로 사용하는 방법을 강구한 것이다.


시멘트를 다른 재료와 혼합해 형성하는 콘크리트는 세계에서 가장 일반적으로 사용하는 건축 자재다. 탄소 배출이 많은 시멘트를 사용한다는 점에서 지속 가능성 관점에서 볼 때 이상적이지는 않지만 전원 기능을 추가할 가능성은 새로운 차원을 제공한다는 점에서 기발하다.

연구팀은 미래에 이 기술이 기능성 콘크리트로 만든 다층 건물의 전체 섹션을 사용할 수 있다면 콘크리트 표면이 전극의 층을 내장할 수 있어 엄청난 양의 전력을 생산할 수 있다고 주장한다.

연구팀은 재료의 전도도와 굴곡 강도를 높이기 위해 소량의 짧은 탄소 섬유를 첨가하여 시멘트 기반 혼합물을 고안했다. 또한 양극에 철을 사용하여 금속 코팅 탄소 섬유망을 통합하고, 배터리의 음극을 위해 니켈을 통합했다.

연구팀은 이전 콘크리트 배터리 모델의 성능이 저조한 반면 새로운 혼합물로 성능을 향상시킨 것은 자신들이 세계 최초라고 주장한다.
연구팀은 콘크리트 배터리 기술을 조사한 이전 연구의 결과는 매우 낮은 성능을 보였기 때문에 자신들은 전극을 생산하는 다른 방법을 생각해냈다. 특별 아이디어는 충전식이다.

이 팀이 개발한 시멘트 기반 배터리는 실제로 성능이 비교적 우수하다. 연구진은 실험 결과 이 배터리가 기존 콘크리트 배터리 솔루션보다 10배 많은 7Wh(리터당 0.8W)의 에너지 밀도를 가지고 있다고 주장한다.

그렇지만 아직 상업용 배터리에 비해 에너지 밀도가 여전히 낮기 때문에 상용화할 수준은 아니지만 개발한 재료로 만든 건물이 대형이기 때문에 상용화할 만큼 용량을 생산할 수 있다.


이 팀의 아이디어는 여전히 매우 초기 단계에 있다. 기술의 상용화 이전에 해결해야 할 기술적 문제는 배터리의 수명 연장 및 재활용 기술 개발이다. 콘크리트 건물의 수명이 배터리와 비교가 안 될 만큼 엄청나게 길기 때문이다.

콘크리트 인프라는 보통 50년에서 심지어 100년 동안 유지되도록 구축되기 때문에 배터리는 이를 맞추기 위해 개조하거나 수명이 다하면 교환과 재활용하기가 훨씬 더 쉬어야 한다. 현재 기술로는 아직 제약이 많다.

이 같은 단점에도 불구하고, 이미 콘크리트 배터리 저장을 위한 사용 사례를 구상하고 있다. 연구팀은 이 기술이 대규모 에너지 저장시설로서 기본적으로 두 배로 늘어난 다층 건물을 허용하는데 언젠가 사용될 수 있을 것으로 본다. 그 발전은 노출된 콘크리트 면으로 분열된 건축양식의 재등장 또는 변형을 초래할 수 있다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com