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슈퍼커패시터 기술 개발로 차세대 에너지 저장 장치 기대

신재생 에너지의 보급으로 인하여 에니 저장장치의 중요성은 점차 거지고 있습니다. 

주파수 변동 폭을 보안하는 역할은 출력 특성이 좋은 수 펴 커 패 시터가 배터리보다 적합한 기능을 가지고 있어 4차 산업혁명으로 발전할 신산업에 활용될 가능도 높게 잠재되어 있습니다. 

▶슈퍼커패시터의 정의 

슈커케래시터는 축전 용략이 대단히 큰 커패시터로 울트라 커패시터 또는 초고 용량 커패시터라고 불리고 있습니다. 

화학반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계면으로 단순한 이온의 이동이나 표면화학반응에 의한 충전 현상을 이용합니다. 이에 따라 급속 방충 전이 가능하고 높은 충, 방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성으로 보조 배터리나 

배터리 대체용으로 사용되고 있습니다. 

슈퍼커페시터

슈퍼 커패시터는 1995년 일본, 러시아, 미국 등에서 상요화 되기 시작하여 소형에서 대형에 이르기까지 그 응용분야가 다양하게 확대되고 있으며, 최근 들어 신재생에너지의 획기적 증가와 더 불어 주요 에너지 저장장치로 각광받고 있습니다. 

연료전지 발전, 태양광 발전, 풍력발전 등이 신재생에너지 발 저은 에너지원이나 부하의 변동에 민감하게 반응하며 단독으로 사용될 경우 출력 전압의 변동을 포함한 전력품질의 저하를 피할 수 없습니다. 

하지만 슈퍼커패시터는 전력 밀도가 높고 충, 방전속도가 빠르며, 충,방전 사이클 수명이 50만 사이클 이상으로 매우 길다는 특성을 갖고 있습니다. 부하응담 특성이 느린 신재생에너지 발전시스템에 슈퍼커패시터를 사용하면 발전된 전력 과부하 전력 사이의 차이를 슈퍼커패시터가 흡수 또는 방출함으로써 전려 품질을 확보하느데 기여할 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 

▶슈퍼커패시터의 원리 및 구조

슈퍼 커페시터의 원른 활성탄 표면에 전하의 물리적 흡, 탈착으로 에너지를 충전 또는 방전하는 원리로순가적으로 많은 에너지를 전아 후 높은 전류를 순간적 혹은 연속적으로 공급하는 고출력 동력원으로 단위 무게 당 비표면적을 증가시킨 활성탄소를 전극재료로 사용하여 비약적인 용량 증가를 가져왔습니다. 

슈퍼 커패시터의 기본 구조는 양극과 음극으로 구성한데 다공성 전극, 전해질 , 집전체 , 분리막 또는 격리막으로 이루어져 있는데 , 단위 셀 전극의 양단에 수 볼트의 전압을 가해 전해액 내의 이온들이 전기장을 따라 이동하여 전극 표면에 흡착되어 발생되는 전기화학적 메커니즘으로 작동하게 됩니다. 슈퍼커패시터는 2차 전지에 비해 구조는 비교적 단순한 형태로 구성됩니다. 

슈퍼커패시터 기본구조

1. 전극

전극의 소재로 탄소를 주로 사용되며 탄소전극에서 단위면적당 전전 용량은 탄소전극의 전자밀도와 전해질 이온의 종류에 띠라 다른 특성으로 보이고 있으며 탄소전극의 단위 면적당 정정용량은 탄소 적의으 잔자 밀도에 따라 다릅니다. 

슈퍼커패시터의 전극용 탄소재료로는 활성탄소 분말, 활성탄소섬유, 유리질 탄소, 탄소 에어로젤 등이 있습니다. 

전극의 형태는 매우 다양하며 탄소 전극을 제조할 때 전극 내부 저항을 줄이는 것이 무엇보다 중요합니다.  저항이 낮은 탄소전극의 제조 방법으로는 적극 물질이 입상일 경우 압력을 하여 입자 간의 접촉을 향상한 경우이거나 다른 형태와 병행하여 사용하며 일반적으로 탄소 전극의 형태는 다음과 같이 5가지로  구분하고 있습니다. 

탄소전극의 종류 및 특징

2. 전해질

전해질은 수용성 전해질과 비수용성 전해질인 유기 전해질로 구분할 수 있습니다. 

수용성 전해질은 HWSO4, KOH, NaOH, KCI 등의 산, 염기 또는 무기염을 사용할 수가 있으며, 전압 범위는 전아 평형에 의존하지만 대략 1.0V정도입니다. 

수용성 전해질은 용액의 이온 전도도가 두기 전해질의 경우보다 크므로 출력 특성이 양호하며 제작이 용이하다는 장점이 있습니다. 

반면 유기 용액(AN, EC, PC, DMC, DEC, etc)과 무기염류(리튬염, 4차 암모늄, 포스포늄염 등)를 사용하는 비수용성 전해질인 유기 전해질은 이온 전도도가 낮고 처리가 쉽지 않은 단점이 있지만, 3v정도의 전압 범위에서 사용 가 가능하므로 에니지측면에서는 수용성 전해질보다 큰 장잠을 가진다. 

3. 분리막

분리막은 이온의 이동은 쉽게 하도록 하는 기능과 자기 방전 특성이 적으며 상용 전압 범위 내에 서 전기, 화학적으로 안정하며, 전해질 및 전극 물질과 화학적으로 반응하지 않는 pp계열의 고분자 박막 또는 크라프트지와 같은 전해지가 사용됩니다. 

케이스 및 실리 문제는 사용하는 전해질의 종류에 따라 선택이 가능하며 내무 전해액의 누액을 방지하는 것이 매우 중요합니다. 

4. 그 외 케이스, 전해질 등 

비수 용계인 유기계 머패시터에서는 습기가 수명 및 용량에 큰 영향을 미치게 되므로 외부의 습기나, 증기가 사의 물질들이 샐 내부로 침입하는 것을 완벽하게 차단해야 하는 구조로 이우어져야 합니다. 

케이스의 재질은 사용 하는 전해질의 대하여 내약품성을 가져야 하며, 경량재료를 사용해야 하며 전재질은 젊은 저압 범위에서 전기 화학적으로 안정하고 염의 용해도가 높아 축전 상수가 크며, 전극과의 접촉이 좋고 전극의 기공에서 쉽게 전기 이중층을 형성할 수 있는 것이 좋습니다. 

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