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"붉은 벽돌, 전력 저장소로 사용 가능"··· 미 대학 연구진이 밝힌 원리는?

2020.10.13 Patrick Nelson  |  Network World
벽돌의 붉은 색소를 전도성 고분자 물질로 활용하면 벽돌을 전력 저장 장치로 사용할 수 있다는 사실이 연구 결과 밝혀졌다.

미 세인트루이스 워싱턴 대학 연구진은 건설 현장에서 흔히 사용되는 석조 벽돌을 개조해 전력을 저장하는 데 사용할 수 있다는 내용을 담은 연구 결과를 발표했다.  
 
ⓒGetty Images Bank

연구진은 벽돌의 붉은 색소가 화학 반응을 촉진할 수 있다는 점을 발견했다. 철에 녹이 스는 것과 같은 원리다. 덕분에 벽돌이 상당량의 에너지를 저장할 수 있다고 연구진은 설명했다. 

특수 벽돌이어야 화학 반응이 일어나는 건 아니다. 이 대학 뉴스 사이트에 올라온 기사에 따르면 화학 반응은 벽돌의 종류를 막론하고 발생한다. 연구팀은 미주리 주 브렌트우드의 홈디포에서 65센트를 주고 구입한 일반 벽돌을 사용해 연구를 진행했다. 

의외로 벽돌은 단순히 태양에너지를 열에너지로 흡수 및 저장하는 게 아니다. 흔한 에너지 전도 현상일 뿐이다. 오히려 슈퍼커패시터와 비슷한 방식으로 에너지를 저장한다. 워싱턴 대학의 화학과 조교수인 줄리오 다르시는 “배터리는 화학 에너지를 저장하는 데 비해 슈퍼커패시터는 전하를 저장한다”라고 설명했다. 

슈퍼커패시터에 사용되는 전도성 고분자 PEDOT는 벽돌 같은 다공성 물질에서 전도성이 커진다. 다르시에 따르면 “우리 팀은 전도성 고분자 PEDOT로 만든 코팅을 개발했다. 이 코팅은 벽돌의 다공성 구조에 침투하는 나노섬유로 구성돼 있다. 벽돌에 발린 고분자 PEDOT 코팅은 전기를 저장하고 전도시키는 이온 스펀지 역할을 한다”라고 설명했다. 

연구자들에 따르면 산화철이 포함된 점토로 만든 벽돌의 붉은 색소는 중합 반응을 유도하는 데 필수적이다. 

“우리 팀은 산성 증기를 벽돌 구조 속의 다양한 구멍에 채웠다. 산성 증기는 산화철을 용해해 벽돌을 철에 반응하는 형태로 전환해주기 때문에 화학적 합성이 가능해진다. 이후 연구진은 철에 반응하는 유황 물질을 벽돌 구멍에 채우기 위해 다양한 종류의 가스를 흘려보냈다. 이 화학적 반응 덕분에 벽돌 구멍들은 전도성 고분자, 즉 PEDOT으로 코팅된다”라고 다르시는 설명했다. 

다르시는 태양광 패널에 필요한 배터리 대신 벽돌을 연결할 수도 있다고 말했다. 예컨대, 사물인터넷 센서에 전력을 공급하는 데도 사용할 수 있다는 설명이다.  

그는 벽돌 두세 개면 LED를 밝힐 수 있으며, 60개면 13분 정도 충전한 다음 비상용 조명을 50분 간 켤 수 있을 것으로 추정했다. 

철의 산화 과정을 통해 에너지를 생성하는 사례는 우리 주위에서 흔히 볼 수 있다. 일회용 손난로도 산화 과정을 통해 열을 발생시킨다. 손난로의 겉포장을 뜯으면 속포장 내부의 철 입자들이 공기에 노출되면서 열이 발생한다. 철은 산소 분자와 반응해 산화철이 된다. 이 과정에서 열이 발생하기 때문에 겨울철에도 사람들이 손을 따뜻하게 유지할 수 있다.  

다만 연구팀은 벽돌 배터리의 개념이 좀 더 보완될 필요가 있다고 인정했다. 슈퍼커패시터는 전력 저장 능력이 배터리처럼 충분하지 못하다는 결점이 있다. 배터리와 달리 전하의 소모 없이 계속 반복적으로 충전할 수는 있지만, 전력 저장량은 배터리보다 적다. 

벽돌도 마찬가지라고 다르시는 지적했다. 연구자들은 나노섬유를 합성물로 변환하는 걸 목표로 하고 있다. 나중에 이 나노섬유들에 반도체가 더해지면 변환 과정이 개선될 여지가 생기게 된다. 

“연구팀의 목표는 전선 없이 쌓을 수 있는 패턴화된 벽돌을 개발하는 것이다. 마치 레고블럭처럼 쌓을 수 있는 장치를 개발하고자 한다”라고 다르시는 밝혔다. 

*Patrick Nelson은 음악산업무역출판사인 프로듀서 리포트의 편집자겸 출판인이다. ciokr@idg.co.kr
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