전기 저장 시멘트의 개발 단계와 도입 전 확인할 조건
자료 기준일: 2026년 10월 15일
연구·사업 검토용
전기 저장 시멘트는 건축 재료가 차지하는 부피를 전기를 저장하는 공간으로 활용하려는 기술이다. 현재까지 확인된 자료에서는 연구용 소자로 실제 기기를 작동시키는 시연이 이루어졌고, 기업에서도 여러 소자를 연결한 모듈을 공개했다. 다만 이를 건축물에 설치해 장기간 사용할 수 있는지, 상용 제품으로 공급할 수 있는지를 판단하기에는 아직 근거가 부족하다. 이를 확인하려면 실제 방전 성능뿐 아니라 사용 환경에서의 내구성, 유지관리 조건, 납품 실적 등에 관한 자료가 더 필요하다.
따라서 연구·사업 담당자가 먼저 확인해야 할 것은 단순히 “전압이 얼마나 높은가”가 아니라 “어떤 기기에 얼마 동안 전기를 공급할 수 있고, 그 성능을 유지할 수 있는가”다. 이 글에서는 먼저 기업들의 개발 활동과 연구에서 제시된 성능 수치를 통해 기술이 현재 어느 단계에 있는지 살펴본다. 이어서 전기를 저장하는 원리와 성능을 개선하기 위한 연구 방향을 설명하고, 실제 적용에 앞서 실증 과정에서 확인해야 할 조건을 정리한다. 개별 특허의 날짜와 구체적인 청구항 내용은 부록에 따로 모았다.
본격적인 내용을 살펴보기 전에 작동 원리를 간단히 짚어볼 필요가 있다. 전기 저장 시멘트는 외부 전원으로 충전한 전하를 탄소 표면과 전해질 사이에 분리해 저장하는 슈퍼커패시터다. 전기를 스스로 생산하는 발전 장치가 아니라, 공급받은 전기를 저장했다가 필요할 때 꺼내 쓰는 장치라는 뜻이다. 여기서 셀은 전기를 저장하는 개별 소자를 말하고, 모듈은 이러한 셀 여러 개를 연결한 장치를 뜻한다. 또한 전압(V)은 연결할 기기의 입력 조건과 관련된 값이고, 에너지(Wh)는 저장된 전기 중 꺼내 쓸 수 있는 양을 나타낸다. 따라서 전압이 높아졌다는 사실만으로 기기를 더 오래 작동시킬 수 있다고 판단해서는 안 된다. 뒤에서 소개할 기업의 개발 목표와 연구 성능 수치도 이러한 차이를 염두에 두고 살펴볼 필요가 있다.
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그림 설명과 근거
시멘트 저장 모듈은 외부에서 받은 전기를 저장하는 요소다. 실제 적용에는 변환·배선·운영과 구조 조건의 검증이 필요하다. 보고서 도입부의 기능 구분을 바탕으로 재설계했다.
새로 제작한 설명용 개념도 · 실제 제품·치수·성능의 재현이 아님.
1 기업은 어디까지 개발했는가
기업의 개발 현황을 살펴볼 때에는 연구 지원, 개발 목표, 시제품 공개, 실제 납품을 구분해서 이해할 필요가 있다. 각각 기술 개발의 서로 다른 단계를 보여 주기 때문이다. 이번에 검토한 자료에서는 일본 AIZAWA의 활동을 통해 이러한 개발 과정을 가장 구체적으로 확인할 수 있다.
MIT가 2024년에 발표한 자료에 따르면, AIZAWA가 이끄는 일본 산업 컨소시엄은 ec³Hub 연구를 위해 5년간의 협약을 체결했다. 이는 관련 연구를 뒷받침할 기반을 마련하고 산업계와의 협력을 확대하기 위한 활동으로 볼 수 있다.
AIZAWA는 2025년 8월 발표에서 도쿄 GX 지원 사업과 함께 300Wh/m³의 에너지밀도, 100V급 전압, 1m³ 표준 유닛 등을 개발 목표로 제시했다. 이어 같은 해 9월에는 실제 모듈을 공개하고 점등 행사를 진행했다고 발표했다. 회사 설명에 따르면, 전극 한 변이 45cm인 약 1V 셀 25개를 쌓아 약 25V 유닛을 만들고, 이러한 유닛 네 개를 연결해 100V급 모듈을 구성했다. 모듈을 충전할 때에는 Toyota MIRAI를 외부 전원으로 사용했다.
다만 여기서는 기업이 제시한 개발 목표와 실제로 공개한 모듈의 성능을 구분해서 살펴봐야 한다. 300Wh/m³는 개발 목표로 제시한 에너지밀도인 반면, 공개된 모듈에서 확인할 수 있는 정보는 전압과 구성 형태, 점등 시연에 관한 것이다. 따라서 점등에 성공했다는 사실만으로 목표로 제시한 300Wh/m³의 에너지를 실제 방전 과정에서 꺼내 쓸 수 있다는 점까지 검증됐다고 볼 수는 없다.
| 주체 | 확인한 활동 | 추가로 필요한 근거 |
|---|---|---|
| AIZAWA·일본 산업 협력체 | MIT 연구 협약, 개발 목표, 모듈 점등, 45개사 공업회 출범 | 독립 방전시험, 저장장치 수명, 납품·매출 |
| Fuji Koatsu | 2025년 10월 공업회 참여 및 전시 계획 발표 | 실제 전시 결과, 판매와 저장 성능 |
| Guangdong Hailong | 2026년 중국 논문 및 ACS 발표에 연구비 지원 명시 | 해당 소자의 제품화와 특허 소유 관계 |
| MIT 기술이전 조직 | 관련 기술·특허의 라이선스 문의 창구 운영 | 특정 기업과의 계약 및 제품 적용 |
ACS 발표와 2026년 논문은 동일한 연구 내용을 다루고 있다. 따라서 이를 각각 별도의 연구 성과로 보거나, 서로 독립적으로 성능을 검증한 두 건의 사례로 계산하지 않았다.
AIZAWA가 2026년 6월에 발표한 자료에는 현장 시험 결과와 향후 상용화 계획이 포함되어 있다. 다만 이 발표에서 다룬 제품은 전기를 저장하는 모듈이 아니라 자체 발열 콘크리트 패널이다. 두 기술은 전도성 시멘트를 활용한다는 공통점이 있지만, 전기를 저장하는 기능과 열을 발생시키는 기능은 서로 다르다. 따라서 발열 패널의 현장 시험 결과를 근거로 전기 저장 모듈의 충방전 수명이 검증됐거나 실제 판매 실적이 확보됐다고 해석해서는 안 된다.
출처: MIT 연구 협약, AIZAWA 개발 목표, 모듈 공개, 2026년 발열 패널 발표, Fuji 참여, 전시 계획, ACS 연구 발표, MIT 기술이전 목록
2 성능 수치로 무엇을 판단할 수 있는가
아래에 제시된 성능 수치를 비교할 때에는 먼저 측정 조건과 기준이 같은지 확인해야 한다. 사용한 전해질이 무엇인지, 개별 셀과 여러 셀을 연결한 모듈 중 어느 것을 대상으로 했는지, 에너지를 면적과 부피 중 무엇을 기준으로 계산했는지 살펴봐야 한다. 또한 계산으로 산출한 값인지, 실제 방전 시험에서 측정한 값인지도 구분해야 한다. 특히 개별 셀의 성능을 모듈 전체의 성능으로 그대로 적용하면 셀을 연결하는 부품이나 포장에 필요한 부피가 계산에서 빠질 수 있으므로 주의해야 한다.
성능을 이해하려면 에너지(Wh)와 출력(W)의 차이도 알아둘 필요가 있다. 에너지는 저장된 전기 중 꺼내 쓸 수 있는 양을 뜻하고, 출력은 단위 시간에 얼마나 많은 에너지를 전달할 수 있는지를 나타낸다. 예를 들어 1Wh는 이상적인 조건에서 1W의 전력을 소비하는 부하를 한 시간 동안 작동시킬 수 있는 에너지다. 다만 실제 사용 시간은 전기를 변환하는 과정에서 발생하는 손실과 기기가 작동할 수 있는 전압 범위에 따라 달라질 수 있다.
전압(V)은 전기를 공급받는 기기가 어떤 입력 조건에서 작동할 수 있는지를 판단할 때 중요한 값이다. 하지만 전압이 높다고 해서 반드시 더 많은 에너지를 저장하고 있다는 뜻은 아니다. 저장 성능을 이해하려면 정전용량(F)도 함께 살펴봐야 한다. 정전용량은 전압이 변할 때 저장되는 전하량이 얼마나 되는지를 나타내는 값이다. 아래 표에 나오는 C₀는 충·방전 속도에 따른 영향을 제거하도록 추정한 정전용량이다. 따라서 이 값은 실제 사용 조건에서 장치를 방전시켜 꺼낼 수 있는 에너지와는 구분해서 이해해야 한다.
| 결과 | 재료·시험 조건 | 논문에 보고된 수치와 산출값 | 해석할 때 확인할 점 |
|---|---|---|---|
| 2025년 유기 전해질 셀 | 1M TEABF₄/아세토니트릴, 약 2.7V | 최대 2,207Wh/m³ | C₀로 산출한 값이다. 실제 방전 속도와 패키징 조건에서의 에너지는 별도로 확인해야 한다. |
| 같은 논문의 12V 모듈 | 2M KCl, 12셀 직렬, 총 부피 약 0.003m³ | 추정 총 C₀ 49.8F, 보고 에너지밀도 304Wh/m³. 팬·휴대용 게임기 구동 시연 | 유기 전해질 셀과 다른 구성이다. 304Wh/m³를 실제 부하에서 꺼낸 에너지로 읽지 말고 산정 범위·방전 시간·전압 하한을 확인해야 한다. 아래의 0.912Wh·0.996Wh는 두 방식의 계산이며 모두 방전 실측값이 아니다. |
| 2026년 3D 출력 소자 | 1.0V, 0.46mA/cm² | 면적 정전용량 162.14mF/cm², 면적 에너지 22.52µWh/cm², 면적 출력 0.49mW/cm² | 면적 기준 수치다. 체적 기준 비교에는 전극 두께 등의 정보가 필요하다. |
| 같은 연구의 기계·온도 시험 | 압축시험 및 단기 온도 노출 | 압축강도 23.00MPa, −18°C에서 성능 급감 | 장기 환경 내구성과 구조 적용을 입증하는 값은 아니다. |
Wh/m³는 단위 부피당 저장할 수 있는 에너지를, µWh/cm²는 단위 면적당 저장할 수 있는 에너지를 나타낸다. 두 수치는 에너지를 계산하는 기준이 서로 다르기 때문에 그대로 비교하기 어렵다. 정확하게 비교하려면 전극의 두께와 에너지밀도 계산에 포함된 부피의 범위 등을 먼저 확인하고 기준을 맞춰야 한다. 또한 2026년 연구에서 제시한 압축강도 23MPa와 2025년 논문에 나오는 전극 조립 압력 3MPa도 구분해서 이해해야 한다. 두 값은 측정하거나 적용한 대상이 서로 다르므로 같은 기준의 성능 수치로 비교할 수 없다.
12V 모듈에서 두 계산이 서로 맞지 않는 이유는 아직 확인해야 한다
| 계산 경로 | 제시 수치로 얻는 에너지 | 의미와 한계 |
|---|---|---|
| 보고 에너지밀도 × 근사 부피 | 304Wh/m³ × 약 0.003m³ = 약 0.912Wh | 원 보고서의 밀도·부피를 곱한 작성자 계산. 실제 부하의 방전 측정값이 아니다. |
| 추정 정전용량으로 이상 에너지 계산 | ½ × 49.8F × 12² ÷ 3,600 = 0.996Wh ≈ 1.00Wh | 이상적인 0–12V 범위를 가정한 작성자 계산. 실제 기기의 사용 가능 에너지가 아니다. |
두 가지 방법으로 계산한 에너지 값은 정확히 일치하지 않는다. 이러한 차이가 발생한 이유를 확인하려면 계산에 사용된 근사 부피와 사용 전압, 부피를 산정할 때 포함한 범위 등을 원자료에서 다시 살펴봐야 한다. 현재 자료만으로는 어느 조건 때문에 차이가 생겼는지 확정할 수 없으므로, 보고된 수치를 임의로 수정해 두 계산값을 일치시키지는 않는다.
또한 실제로 전기를 사용할 때에는 저장된 에너지를 모두 꺼내 쓸 수 있는 것은 아니다. 방전이 진행되면 전압이 점차 낮아지는데, 기기가 작동할 수 있는 최소 전압보다 낮아지면 남아 있는 에너지를 활용하지 못할 수 있다. 전기를 변환하는 과정에서도 손실이 발생한다. 따라서 계산상 약 1Wh의 에너지가 있다고 해서 1W 기기를 한 시간 동안 작동시킬 수 있다고 보장할 수는 없다. 실제 사용 시간은 해당 기기를 사용할 때와 동일하게 부하 조건을 정하고, 그 조건에서 직접 방전 시험을 진행해 확인해야 한다.
따라서 앞으로 성능을 비교할 때에는 최대 전압이나 정전용량이 얼마나 높은지만 살펴봐서는 안 된다. 그보다는 정해진 부하와 전압 범위에서 실제로 꺼낼 수 있는 에너지가 얼마나 되는지를 기준으로 평가해야 한다.
근거: 2025년 PNAS 논문, 2026년 논문 초록
2026년 연구에 대해서는 논문 초록과 공식 발표 자료까지만 확인했다. 따라서 논문 전체 본문과 보충자료에 제시된 시료 수, 반복 시험 및 장기 시험의 구체적인 조건은 아직 확인되지 않은 상태다.
3 무엇이 성능과 건축 적용을 함께 어렵게 하는가
이 보고서에서 다루는 전기 저장 장치는 슈퍼커패시터다. 일반적인 배터리가 주로 전기 에너지와 화학 에너지 사이의 변환을 통해 에너지를 저장하는 것과 달리, 슈퍼커패시터는 탄소 표면과 전해질 사이에 전하를 분리하는 방식으로 에너지를 저장한다. 따라서 이 기술이 ‘콘크리트 배터리’라는 이름으로 소개되더라도 일반적인 배터리와는 작동 원리가 다르며, 성능을 평가할 때 사용하는 지표도 구분해서 살펴봐야 한다.
시멘트는 물과 반응해 굳어지는 과정에서 내부에 미세한 빈 공간을 형성하는데, 이를 공극이라고 한다. 여기에 카본블랙과 같은 탄소 입자를 넣으면 입자들이 서로 연결되면서 전자가 이동할 수 있는 통로와 전하를 저장할 수 있는 표면을 제공할 수 있다. 한편 시멘트 내부의 공극에는 이온이 이동할 수 있도록 돕는 전해질이 들어간다. 연구에서는 이러한 전해질로 염화칼륨(KCl)을 물에 녹인 용액 등을 사용한다.
전기를 소비하는 기기를 전기적으로는 부하라고 부른다. 외부 전원으로 장치를 충전하면 두 전극의 탄소 표면과 전해질 속 이온 사이에 전하가 분리되어 축적된다. 이후 부하를 연결하면 저장된 에너지가 외부 회로를 통해 공급되면서 기기를 작동시킬 수 있다. 즉, 전기 저장 시멘트는 외부에서 공급받은 전기를 저장했다가 필요할 때 꺼내 쓰는 장치이지, 충전하지 않은 상태에서 스스로 전기를 생산하는 발전 장치는 아니다.
전기 저장 시멘트의 성능을 높이려면 세 가지 조건이 함께 충족되어야 한다. 먼저 탄소 입자들이 서로 연결되어 전자가 이동할 수 있어야 한다. 또한 전해질이 탄소 표면에 닿아야 하며, 전해질 속 이온도 그 표면까지 원활하게 이동할 수 있어야 한다. 탄소의 표면적을 넓혀 전하를 저장할 공간을 늘리더라도 이온이 그곳에 도달하지 못하면 빠른 충·방전에 활용하기 어렵다. 반대로 이온의 이동을 돕기 위해 공극을 늘리면 시멘트가 구조 재료로서 갖는 성질이 달라질 수 있다. 따라서 저장 성능을 개선할 때에는 이러한 조건을 함께 고려해야 한다.
결국 중요한 것은 전하를 저장할 수 있는 표면을 충분히 확보하면서, 이온이 그 표면까지 원활하게 이동할 수 있도록 통로를 함께 설계하는 것이다.
연구 결과를 실제 건축물에 적용할 때에는 사용한 재료의 차이도 고려해야 한다. 시멘트와 물을 섞은 시멘트 페이스트, 여기에 모래를 넣은 모르타르, 굵은 골재까지 포함한 콘크리트는 배합과 내부 구조가 서로 다르다. 따라서 시멘트 페이스트로 만든 소자에서 좋은 저장 성능이 확인되었다고 하더라도, 일반 콘크리트 구조물에서도 같은 성능이 나타난다고 단정할 수는 없다.
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다공성 분리체는 전극 간 직접 전기 접촉을 막고 전해질 속 이온 이동을 허용한다. 실제 공극 크기·이온 개수·미세구조를 재현한 그림은 아니다. 근거: US20240047146A1.
새로 제작한 설명용 개념도 · 실제 제품·치수·성능의 재현이 아님.
근거: 2023년 PNAS 논문, US20240047146A1
연구는 저장 가능성에서 제조와 배치 문제로 이어진다
2023년 MIT 연구에서는 탄소 입자들이 서로 연결되어 형성한 전자의 이동 통로와 시멘트 내부 공극에 형성된 이온의 이동 통로가 함께 작동하면 전하를 저장할 수 있다는 사실을 보여 주었다. 연구진은 이러한 원리를 건축물 규모로 확대해 가정용 전기 저장 장치로 활용하는 구상도 논문에서 제시했다. 다만 이는 실험 결과를 바탕으로 실제 건축물에 적용할 가능성을 제안한 것이며, 주택에 설치해 운용한 결과를 보여 준 것은 아니다.
2025년 연구에서는 사용할 수 있는 전압을 높이기 위한 전해질과 두꺼운 전극의 내부까지 전해질을 공급하는 제조 방법을 다뤘다. 특히 전극이 굳은 뒤 전해질을 내부로 침투시키는 방식과 시멘트를 혼합하는 단계에서 전해질을 함께 넣는 방식을 비교했다. 다만 논문의 Methods에는 혼합 단계에서 전해질을 넣은 시편도 2M KCl 용액에서 양생한 것으로 기재되어 있다. 여기서 양생이란 시멘트가 굳고 필요한 성질을 갖추도록 조건을 관리하는 과정을 말한다. 따라서 새로운 제조 방법의 이점을 평가할 때에는 전극이 굳은 뒤 전해질을 침투시키는 공정을 얼마나 줄일 수 있는지뿐 아니라, 전해질 용액에서 양생해야 하는 조건도 함께 고려해야 한다.
2026년 연구에서는 전극의 배치와 전극·분리체가 맞닿는 부분의 구조를 개선하는 방법을 제시했다. 하얼빈공업대학과 중국과학원 연구진은 탄소나노튜브(CNT), 카본블랙, 시멘트를 혼합해 전극용 잉크를 만들고, 이를 시멘트 기반 분리체와 함께 직접 잉크 쓰기 방식으로 출력했다.
연구진은 전극을 빗살처럼 서로 엇갈리게 배치해 이온이 이동해야 하는 거리를 줄이고자 했다. 여기서 분리체는 두 전극이 직접 전기적으로 접촉하지 않도록 막는 역할을 한다. 또한 전극과 분리체를 하나의 구조로 만들어, 두 부분이 맞닿는 면에서 서로 떨어지는 박리 문제도 해결하려 했다. 다만 이 연구는 MIT가 진행한 시멘트 기반 전기 저장 연구와는 별개의 연구이므로 구분해서 살펴볼 필요가 있다.
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그림 설명과 근거
가운데 두 색은 복합 전극을 구분하기 위한 도식 색이다. 전극 사이의 간격은 실제 치수나 별도 시트 분리체의 재현을 뜻하지 않는다. 접속부의 기계 하중과 전기 접촉·절연은 함께 검토해야 한다. 근거: 2025 PNAS 연구 · 2026 ACS 발표 · WO2026064630A1.
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특허는 해결해야 할 설계 문제를 구체화한다
이번에 선정한 특허들은 전기 저장 시멘트와 관련된 여러 설계 문제를 다루고 있다. 탄소 입자들이 서로 연결된 구조를 갖는 재료부터 전하를 저장하는 공극과 이온이 이동하는 공극의 설계, 섬유의 배향과 수분 관리, 하중을 받는 모듈의 연결 방식까지 그 범위가 다양하다. 다만 이 특허들이 하나의 기술이 순차적으로 발전해 온 과정을 보여 준다고 볼 수는 없으며, 이를 근거로 전 세계 특허 출원이 증가하고 있다고 판단할 수도 없다. 또한 연구 내용과 특허, 기업 제품이 기술적으로 비슷하다는 이유만으로 서로 직접적인 관계가 있다고 단정해서는 안 된다.
전기 저장 시멘트가 제대로 작동하려면 재료 내부에 전하를 저장할 표면이 충분히 있어야 할 뿐 아니라, 이온이 그 표면까지 이동할 수 있는 통로도 확보되어야 한다. 나아가 여러 저장 소자를 연결해 건축 구조물로 활용하려면 하중이 달라지는 상황에서도 소자 사이의 전기적 접촉이 유지되고, 서로 분리되어야 할 부분은 계속 분리된 상태를 유지해야 한다. 따라서 재료 자체의 성능을 확인하는 시험과 함께 모듈의 전기적 접촉 상태 및 유지관리 조건을 검토하는 시험도 필요하다. 다만 이러한 검토 방향은 관련 문헌을 바탕으로 도출한 실증 제안이며, 실제 성능이 보장된다는 의미는 아니다.
특허의 청구항은 보호받으려는 기술적 구성을 명시한 부분이다. 이를 정확히 이해하려면 독립항에 포함된 필수 구성과 종속항에서 추가로 한정하는 조건을 구분해서 살펴봐야 한다. 아래 부록에서는 두 특허 문헌을 통해 시멘트에 관한 조건과 압축을 이용한 연결 조건이 각각 어느 청구항에 포함되어 있는지 확인할 수 있다. 부록 A에는 검토한 특허의 목록과 선정 범위를, 부록 B에는 전하 저장 공극과 전해질 운반 공극에 관한 청구항을, 부록 C에는 하중을 지지하는 요소의 연결에 관한 청구항을 정리했다. 다만 이러한 설명만으로 각 특허의 국가별 현재 권리 상태나 특정 사업을 특허 침해 없이 실시할 수 있는지 여부까지 판단할 수는 없다.
4 다음 실증에서 무엇을 확인할 것인가
첫 실증은 필요한 부하 조건이 명확한 대상에서 시작할 수 있다. 예를 들어 센서나 표시등을 대상으로 한다면, 먼저 해당 기기의 소비전력과 필요한 작동 시간, 허용 전압을 정해야 한다. 그런 다음 이 조건에서 전기 저장 모듈이 실제로 얼마나 많은 에너지를 공급할 수 있는지 측정한다.
구체적인 검토는 다음 순서로 진행할 수 있다.
- 부하와 방전 조건을 정한다. 먼저 사용할 전압 범위와 필요한 전력·작동 시간을 정하고, 이 조건을 일정하게 유지한 상태에서 실제 모듈의 방전곡선과 전기 변환 과정에서 발생하는 손실, 일정 시간 대기한 뒤 남아 있는 에너지의 양을 측정한다. 이때 개별 셀을 기준으로 한 성능과 모듈 전체 부피를 기준으로 한 성능을 모두 기록해야 한다.
- 전해질과 사용 환경을 함께 평가한다. 물을 기반으로 하는 수계 전해질과 유기 전해질은 사용할 수 있는 전압과 취급할 때 고려해야 할 조건이 다르므로, 이를 구분해 평가해야 한다. 또한 전해질이 외부로 새어 나오지 않도록 하는 밀봉 상태와 수분 변화, 온도 변화, 동결·해동이 저장 성능에 미치는 영향을 확인할 수 있도록 시험을 계획해야 한다. 특히 2026년 연구에서 −18°C 환경에서 성능이 저하된 것으로 보고된 만큼, 외부 환경에 노출되는 곳에 적용하려면 별도의 검증이 필요하다.
- 하중과 전기적 접촉을 함께 확인한다. 건축 재료로 활용하려면 하중이 반복해서 가해지는 상황에서도 저장 성능과 전기적 연결 상태가 유지되는지 살펴봐야 한다. 이를 위해 반복 하중을 가한 뒤 접촉 저항과 저장 성능이 어떻게 변하는지 측정하고, 균열이나 전해질 누설이 발생하는지, 문제가 생겼을 때 해당 부분에 접근해 교체할 수 있는지도 확인해야 한다. 특히 저장 장치가 건축 구조물의 일부로 사용될수록 유지관리 비용뿐 아니라 관리와 관련된 책임도 함께 검토할 필요가 있다.
- 같은 요구 조건에서 대안과 비교한다. 전기 저장 시멘트의 경제성을 판단하려면 다른 저장 방식과 동일한 조건에서 비교해야 한다. 필요한 에너지와 작동 시간, 설치 공간을 같게 설정한 뒤 제조비뿐 아니라 밀봉, 배선, 교체에 드는 비용까지 함께 살펴봐야 한다. 원재료가 저렴하더라도 실제 장치로 제작하고 설치·운용하는 과정에서 추가 비용이 발생할 수 있으므로, 원재료 가격만으로 시스템 전체의 경제성이 높다고 판단해서는 안 된다.
| 실증 후보 | 먼저 확인할 근거 | 다음 단계로 넘어갈 조건 |
|---|---|---|
| 실내 센서·표시등 | 목표 부하와 전압 하한에서의 방전곡선, 대기 후 잔량 | 변환·배선·밀봉을 포함한 구성으로 요구 시간 동안 작동 |
| 외기 노출 비구조 벤치·표시물 | 온도·습윤·건조·동결 조건별 성능, 누설·교체 시험 | 사용 지역의 환경에서 저장 기능과 정비 조건 충족 |
| 하중을 받는 건축 요소 | 저장 시험, 구조 검토, 반복 하중 뒤 접촉 저항·균열·밀봉 상태 | 시험 전에 정한 구조·전기 성능과 운용·정비 조건을 동일 요소가 충족 |
실증을 시작하기 전에 구체적으로 정해야 할 항목은 다음과 같다. 아래 표는 실제 시험을 설계할 때 필요한 조건을 정리한 것으로, 이미 검증된 제품의 성능을 나타내거나 모든 제품에 공통으로 적용할 수 있는 합격 기준을 제시한 것은 아니다.
| 먼저 정할 항목 | 이 사업에서 정해야 할 내용 |
|---|---|
| 대상 기기와 부하 | 어떤 기기에 몇 W를 공급해야 하는가 |
| 작동 시간과 전압 | 얼마 동안 작동하고 어느 전압 아래에서 멈추는가 |
| 사용 환경과 건축 기능 | 실내·외기 조건은 무엇이고 하중을 받는가 |
| 손실과 대기 성능 | 허용 변환 손실과 대기 후 필요한 잔량은 얼마인가 |
| 수명과 반복 시험 | 필요한 수명, 하중·충방전·환경 시험 반복 횟수는 얼마인가 |
| 정비와 비용 | 누설·교체 접근성과 제조·밀봉·배선·교체 비용의 허용 범위는 무엇인가 |
표에 제시된 각 항목의 구체적인 값은 실제 사용 목적과 설치 환경을 고려해 시험 전에 정해야 한다. 또한 관련 담당자들이 함께 검토했다는 사실만으로 실증을 통과했다고 판단해서는 안 된다. 사전에 정한 조건을 실제 시험에서 충족했는지 확인해야 한다.
특히 명목상 전압이나 점등 사진만 제시되어 실제 성능을 확인하기 어려운 경우에는 신중하게 판단해야 한다. 실내에서 이루어진 시연 결과를 별도의 검증 없이 외부 환경에 그대로 적용하거나, 압축강도 측정값 하나만으로 전기적 성능과 구조적 안정성, 사용 수명까지 모두 충족한다고 판단하는 것도 적절하지 않다. 이러한 경우에는 필요한 근거가 확보될 때까지 다음 단계로 진행할지에 대한 판단을 유보해야 한다.
여기서 제시한 실증 후보들은 실제 설치를 통해 성능이 검증된 사례가 아니며, 적용 용도에 따라 우선순위를 정한 추천 목록도 아니다. 이번에 검토한 자료를 바탕으로 향후 실증 대상으로 고려할 수 있는 방안을 제안한 것이다. 연구 담당자는 재료의 배합과 이온의 이동, 기계적 성질이 서로 어떤 관계를 갖는지 우선 살펴볼 수 있다. 반면 사업 담당자는 모듈의 성능 시험과 제조 과정, 교체 및 유지관리 가능성, 실제 공급에 필요한 조건을 중심으로 검토할 수 있다.
5 판단에 남는 자료의 한계
이 보고서의 자료 기준일은 2026년 10월 15일이다. 주요 기술 동향은 2023·2025·2026년에 발표된 연구 결과를 연결해 살펴보았으며, 특허는 2018년을 우선일로 하는 재료 관련 특허 계열부터 저장 모듈의 연결 구조를 다룬 문헌까지 선정해 검토했다. 다만 이번 조사는 관련 기술의 주요 흐름을 파악하기 위한 것으로, 전 세계의 모든 문헌이나 특허 출원 동향을 빠짐없이 조사한 것은 아니다.
자료별로 확인한 범위에도 차이가 있다. 2026년 3D 출력 연구는 논문 초록과 공식 발표 자료까지 확인했으며, WO2026064630A1은 영어로 제공된 공개문헌 전사까지 검토했다. 또한 기업이 발표한 내용은 해당 기업이나 기관의 주장으로 취급했다. 따라서 발표 자료에 등장하는 ‘세계 최초’와 같은 표현도 별도의 검증을 거쳐 확인된 사실로 받아들이지는 않았다.
원 보고서의 조사 범위에는 특허의 현재 권리 상태를 확인하기 위한 공식 권리등록부 조회나 특정 사업에 대한 자유실시 검토가 포함되지 않았다. 여기서 자유실시(FTO)란 특정 사업의 기술이나 제품을 다른 이의 특허권을 침해하지 않고 실시할 수 있는지 검토하는 것을 말한다. 따라서 앞서 확인하지 못했다고 밝힌 사항들은 이번에 검토한 자료와 조사 범위의 한계를 의미한다. 해당 정보가 원출처나 다른 자료에도 공개되어 있지 않다는 뜻은 아니다.
부록 A 선정 특허의 목록과 읽는 기준
이번에 검토한 특허 문헌들은 전기 저장 시멘트의 재료 배합뿐 아니라 이온이 이동하는 통로의 설계, 수분 관리, 하중을 받는 모듈의 연결 구조 등 다양한 기술적 문제를 다루고 있다.
| 설계 대상 | 검토 문헌 | 주요 내용 |
|---|---|---|
| 탄소 연결망을 가진 시멘트 재료 | US11512022B2, 2022년 11월 29일 등록문헌. MIT·CNRS·Université de Bordeaux 공동 명의 | 수경성 시멘트, 물, 탄소 입자 분산제와 연속 나노다공성 탄소망을 포함하는 재료 구성 |
| 저장 공극과 이동 공극 | US20240047146A1, 2024년 2월 8일 공개, MIT | 전하를 저장할 표면과 전해질 운반 통로를 구분해 제어하는 설계 |
| 섬유 배향과 수분 관리 | CN118398390B, 2025년 1월 7일 등록문헌, 산둥과기대 | 강섬유·흡수성 수지를 함께 사용하고 자기장으로 섬유를 배향하는 접근 |
| 하중을 받는 저장 모듈의 연결 | WO2026064630A1, 2026년 3월 26일 국제공개, MIT | 전극·집전체·분리 매체를 갖춘 요소를 건축 형상으로 연결하는 구성 |
위 표는 이러한 설계 문제를 비교하기 위해 선정한 특허 문헌의 내용을 질적으로 살펴본 결과다. 따라서 전 세계 특허 출원 건수나 증가율, 특정 주체에 권리가 얼마나 집중되어 있는지를 분석한 결과로 해석해서는 안 된다. 또한 국가별로 출원된 문헌이나 분할 문헌을 각각 별개의 발명으로 계산하지 않았으며, 공개된 특허 문헌과 등록된 특허 문헌도 구분해 정리했다.
특허의 청구항을 살펴볼 때에는 독립항과 종속항의 차이를 이해하는 것이 중요하다. 독립항은 해당 청구항을 구성하는 데 반드시 필요한 기술적 요소를 정하고, 종속항은 앞선 청구항에 추가적인 조건을 붙여 그 범위를 구체화한다. 따라서 특허 설명에 특정 재료나 구조적 형상이 등장한다고 해서 그것이 모두 독립항에 반드시 포함되어야 하는 요소라고 판단해서는 안 된다.
또한 논문과 특허, 기업 제품이 기술적으로 비슷하다는 이유만으로 서로 직접적인 관계가 있다고 단정할 수는 없다. 실제로 어떤 관계가 있는지 확인하려면 각 기술과 제품의 구체적인 구성을 살펴보고, 이를 특허 청구항의 내용과 별도로 대조해야 한다.
문헌: US11512022B2, US20240047146A1, CN118398390B, WO2026064630A1
중국 특허 문헌은 영어 자동번역본을 바탕으로 검토했다. 따라서 번역 과정에서 의미가 달라질 가능성이 있는 세부 기술 용어는 중국어 원문과 추가로 대조해 정확성을 확인할 필요가 있다.
부록 B 저장할 공극과 이동할 공극을 나누는 특허
US20240047146A1 — Method for Synthesizing High-Rate Capability Cement-Carbon Supercapacitor
이 특허 문헌은 빠른 충·방전을 구현하기 위해 재료 내부의 어떤 구조를 제어해야 하는지 설명하고 있다. 우선일은 2022년 8월 5일이며, 미국 출원일은 2023년 8월 4일이다. 원 보고서에는 작성 과정에서 USPTO 원문 PDF의 표지와 관련 기술 설명, 청구항이 수록된 페이지를 서로 대조해 검토했다고 기재되어 있다.
이 특허의 핵심은 탄소 표면에 있는 전하 저장 공극과 구조를 이루는 바탕 재료인 매트릭스 내부의 전해질 운반 공극을 구분해 설계하는 데 있다. 탄소가 넓은 표면적을 제공하더라도 전해질 속 이온이 그 표면까지 도달하지 못하면 빠른 충·방전에 충분히 활용하기 어렵기 때문이다. 따라서 이 문헌에서는 물/시멘트 비율에 따라 전해질 운반 공극이 어떻게 달라지는지, 탄소의 종류와 표면적이 어떤 영향을 미치는지를 함께 다룬다.
특허의 청구항에도 이러한 구분이 반영되어 있다. 독립항 1은 전기가 통하는 전도성 연결망과 전기가 통하지 않는 구조 매트릭스를 결합한 구성을 다룬다. 전도성 연결망에는 전하를 저장하는 공극이 있고, 구조 매트릭스에는 전해질을 담을 수 있도록 제어된 운반 공극이 있다. 다만 여기서 주의할 점은 매트릭스를 시멘트로 한정하는 조건이 독립항 1이 아니라 종속항 6에 등장한다는 것이다.
이와 별도로 독립항 13은 제조 방법에 관한 내용을 다루고 있다. 여기에 연결된 종속항 14–16에서는 사용하는 유체의 양과 전해질 운반 공극, 충방전 속도 사이의 관계를 더욱 구체적으로 설명한다.
이 문헌을 통해 연구자가 검토해야 할 문제는 “탄소를 얼마나 넣을 것인가”에만 머무르지 않는다. 탄소의 양과 함께 굳은 뒤에도 전해질이 접근할 통로를 어떻게 남길 것인가를 고려해야 한다. 특히 시멘트를 혼합할 때 사용하는 물의 양을 바꾸면 내부 공극의 구조뿐 아니라 양생 과정과 재료의 기계적 성질도 달라질 수 있다. 따라서 동일한 배합 조건에서 공극 구조와 방전 속도, 기계적 성질을 함께 측정해 이들 사이의 관계를 확인할 필요가 있다.
다만 이러한 시험 방향은 해당 특허 문헌의 내용을 바탕으로 제안한 검토 사항이다. 특허에 특정 구조나 제조 방법이 제시되어 있다는 사실만으로 실제 성능이 보장되는 것은 아니다. 또한 이번 검토에서는 특정 사업의 기술이나 제품이 해당 특허를 침해하는지, 또는 특허를 회피하도록 설계할 수 있는지에 대한 판단은 수행하지 않았다.
출처: 공개 문헌, USPTO 원문 PDF
부록 C 하중을 받는 저장 요소를 연결하는 특허
WO2026064630A1 — Architectural cementitious supercapacitors that combine modular energy storage with structural support
이 특허 문헌은 여러 개의 전기 저장 소자를 연결해 하중을 지지하는 건축 요소로 확장할 때 고려해야 할 기술적 문제를 다룬다. 출원인은 MIT이며, 우선일은 2024년 9월 20일, 국제출원일은 2025년 9월 19일, 국제공개일은 2026년 3월 26일이다. 원 보고서에서는 영어로 제공된 공개문헌 전사와 청구항을 기준으로 내용을 검토했으며, 원본 WO PDF는 확보하지 못한 상태다.
독립항 1에서 설명하는 하중 지지 요소에는 전류를 모아 전달하는 집전체와 적어도 두 개의 전도성 복합 전극이 포함된다. 두 전극 사이에는 전극끼리 직접 전기적으로 접촉하지 않도록 막는 다공성 매체가 배치된다. 이 청구항은 이러한 구성 요소들을 서로 연결해 건축물에 사용할 수 있는 형상을 만드는 구조를 다룬다.
시멘트 매트릭스와 전해질, 나노다공성 탄소망에 관한 구체적인 조건은 종속항 2에 제시되어 있다. 또한 여러 요소를 압축축을 따라 정렬하고, 가해지는 힘을 이용해 전기적 전달과 구조적 안정성을 유지하는 구성은 종속항 8·9에서 다룬다. 따라서 압축을 이용한 연결 방식이 독립항 전체에 반드시 적용되는 조건이라고 해석해서는 안 된다. 이는 종속항에서 추가 조건을 부여한 구성 중 하나로 이해해야 한다. 한편 독립항 11은 개별 요소를 제조하고 이를 다른 요소와 접속하는 방법을 다룬다.
이 특허 문헌에서는 저장 소자를 기둥이나 아치 형태로 연결하는 구조를 비롯해 집전체와 접속부, 외부에서 압축력을 가하는 프레임, 전기적 작동을 보여 주는 시연 등을 설명하고 있다. 이처럼 여러 소자를 연결해 건축 요소로 활용하려면 개별 재료가 얼마나 많은 에너지를 저장할 수 있는지만 확인해서는 충분하지 않다. 하중이 달라지는 상황에서도 요소 사이의 전기적 접촉이 유지되고, 서로 분리되어야 할 부분은 계속 분리된 상태를 유지하는지도 중요한 검토 대상이다.
따라서 후속 실증에서는 소자를 조립한 직후의 전압을 확인하는 데 그치지 않고, 반복적으로 하중을 가한 뒤에도 전기적 연결 상태와 저장 기능이 유지되는지 살펴볼 필요가 있다. 구체적으로는 반복 하중 이후 접촉 저항과 저장 성능이 어떻게 변하는지 측정하고, 밀봉 상태에 문제가 없는지, 필요한 경우 개별 요소를 교체할 수 있는지도 함께 확인해야 한다.
다만 이번에 검토한 특허 문헌은 WO 국제공개 단계에 있다. 따라서 각 국가에서 실제로 특허가 등록되었는지, 현재 어떤 권리 상태에 있는지를 확인하려면 해당 국가의 공식 원부를 별도로 조회해야 한다. 또한 특정 사업의 기술이나 제품을 다른 이의 특허권을 침해하지 않고 실시할 수 있는지 판단하는 자유실시(FTO) 검토도 별도로 수행해야 한다.
출처: WO2026064630A1
편집과 검토 상태의 구분
기초 문서에는 작성자의 자체검토는 완료되었지만, 독립적인 원문 충실성 검토와 독자 평가는 아직 대기 중인 것으로 기록되어 있었다. 이는 원 보고서를 작성할 당시의 검토 상태를 나타낸다. 이번 퇴고의 독자 시험과 원문 정보 보존 여부를 대조한 결과는 함께 제공하는 비교 기록에서 별도로 구분한다. 다만 AI를 활용한 독자 시험은 문서의 내용이 어떻게 이해되는지 확인하기 위한 것으로, 그 결과만으로 실제 사람도 같은 방식으로 이해한다거나 원출처에 제시된 사실이 정확하다는 점까지 입증할 수는 없다.