슈퍼커패시터

최근 에너지 사용의 증가는 온실가스 배출 증가의 결정적인 원인으로 작용하고 있으며, 온실가스 감축 및 국제환경 규제 대응이 필수이다. 화석에너지 고갈, 국제환경 규제 강화로 인해 향후 신재생에너지는 주요 에너지원으로 부상될 것으로 전망된다. 슈퍼커패시터는 전력밀도가 높고, 충·방전 속도가 빠르며, 충·방전 사이클 수명이 매우 길다는 특성을 갖고 있어, 신재생 에너지 발전 및 전기자동차, 스마트 그리드 분야에 가장 적합한 저장 장치로 기대되며, 4차 산업혁명과 IoT 전자기기의 발전이 눈앞에 다가오면서 더욱더 다양한 전자 회로와 전원 공급 제품들이 우리의 삶에 다양하게 적용될 수 있어 신재생 에너지 분야에 새로운 에너지 저장장치로 주목 받고 있다.

기본적인 커패시터의 구조 / 한국전력공사

커패시터의 연혁 및 정의

1745년 최초의 축전기 형태인 라이덴병이 독일 발명가인 에월드 게오르그 폰 클라이스트에 의하여 발명되었고, 1746년에는 네덜란드 라이덴 대학의 물리학자인 피터르 판 뮈스헨브루크도 독자적으로 라이덴병을 발명하였다. 최초의 라이덴병은 운 유리병에 코르크 마개 중앙으로 도선을 삽입하여 물에 닿도록 한 후 정전기를 충전시키는 단순한 형태이고, 그 후 유리병의 안과 밖에 금속박(주석박)을 입혀 극성이 서로 다른 전하를 충전시키고 도선을 서로 연결하여 충전된 전하를 방전시키는 완전한 형태의 커패시터(Capacitor)로 발전하게 되었다. 라이덴병에서 유리가 유전체, 주석박이 전극역할을 하고 있는 것이다.

에ㅓ지 저장 기술 / 삼성증권

슈퍼커패시터는 우리말로 축전기라고 불리는 커패시터는 전기 에너지를 축적(저장)할 수 있는 소자를 말하며, 기본적으로 두 장의 판으로 구성한 전극을 서로 마주보는 구조로 구성하고 있다. 이 절연체는 전극판과 전극판 사이의 전기를 차단하고 전기를 담아두는 역할을 한다.

 

슈퍼커패시터의 주요 특징

빠른 충전 및 방전 속도: 슈퍼커패시터는 전기화학적 반응이 아닌 물리적 흡착을 통해 에너지를 저장하기 때문에 충전 및 방전 속도가 매우 빠릅니다. 이는 몇 초 또는 몇 분 안에 완전히 충전 및 방전이 가능하다는 의미입니다.

높은 출력 밀도: 슈퍼커패시터는 높은 출력 밀도를 가지고 있어, 짧은 시간 동안 많은 에너지를 방출할 수 있습니다. 이는 전력 수요가 급격히 증가하는 상황에서 유용하게 사용될 수 있습니다.

긴 수명: 슈퍼커패시터는 수만 번의 충전 및 방전 사이클을 견딜 수 있어, 배터리보다 훨씬 긴 수명을 자랑합니다. 이는 교체 비용과 유지 보수 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다.

온도 안정성: 슈퍼커패시터는 넓은 온도 범위에서 안정적으로 작동할 수 있어, 극한의 온도 조건에서도 성능을 유지합니다.

친환경성: 슈퍼커패시터는 화학적 반응을 사용하지 않기 때문에 배터리에 비해 환경에 미치는 영향이 적습니다. 또한, 재활용이 용이하여 환경 보호 측면에서도 장점을 가지고 있습니다.

 

정부 정책과 산업 성장으로 지속성장이 기대되는 슈퍼커패시터 산업

대표적인 커패시터의 종류 / 한국기업데이터(주) 재가공

 

정부는 신재생에너지 확산기반 구축 및 공정한 전환 지원을 위한 정책을 추진하고 있고, 전기차, 수소차 등 그린 모빌리티 보급 확대하는 방향으로 전기자동차 113만 대, 수소자동차 20만대 등 보급을 추진하여 지속 가능한 신재생에너지를 사회 전반으로 확산하는 정책을 진행하고 있다. 

 

Mordor Intelligence(2020년)에 따르면, 세계 슈퍼커패시터 시장은 2020년 887백만 달러에서 연평균 13.5% 성장하여 2026년에는 1,896백만 달러의 시장을 형성할 것으로 전망하였다. 앞서 기술한 바와 같이 세계적으로 녹색성장이 이슈가 되고 있고, 슈퍼커패시터는 스마트미터, 자동차, 중장비, 물류자동화장비, 통신장비, 신재생에너지 장비 등 다양한 분야로 적용이 확대되고 있어 슈퍼커패시터의 성장세는 지속될 전망이다.

 

슈퍼커패시터의 응용 분야

슈퍼커패시터 / 에너지설비관리

 

자동차 산업: 슈퍼커패시터는 하이브리드 차량 및 전기차에서 에너지 회수 시스템, 시동 보조, 가속 보조 등에 사용됩니다. 이는 배터리의 부담을 줄이고, 차량의 성능을 향상시키는 데 기여합니다.

재생 가능 에너지 시스템: 풍력 및 태양광 발전 시스템에서 슈퍼커패시터는 에너지 저장 장치로 사용되어, 간헐적인 에너지 공급 문제를 해결하고, 안정적인 전력 공급을 가능하게 합니다.

전자 기기: 스마트폰, 태블릿 등 휴대용 전자 기기에서 슈퍼커패시터는 빠른 충전 기능을 제공하여 사용자 편의성을 높입니다.

산업용 애플리케이션: 슈퍼커패시터는 전력망 안정화, 무정전 전원 공급 장치(UPS), 피크 전력 절감 등 다양한 산업 분야에서 활용됩니다.

슈퍼커패시터는 빠른 충전 및 방전 속도, 높은 출력 밀도, 긴 수명 등 많은 장점을 가지고 있어, 에너지 저장 솔루션으로서의 가능성이 매우 큽니다. 이를 통해 다양한 산업 분야에서 에너지 효율성을 높이고, 보다 지속 가능한 에너지 관리를 실현할 수 있습니다.