슈퍼커패시터(영어: Supercapacitor 또는 Ultracapacitor)는 일반적인 커패시터에 비해 훨씬 큰 정전용량을 가지며, 화학 반응보다는 전극과 전해질 계면에서 전하를 저장하는 방식으로 작동하는 에너지 저장 장치이다.
개요
슈퍼커패시터는 전해질, 전극, 분리막 등으로 구성되어 있으며, 전하를 전기 이중층(electric double layer) 또는 표면 화학 반응(pseudocapacitance)을 통해 저장한다. 고속 충방전이 가능하며, 일반적인 2차전지보다 수명이 길고 출력 전력이 높다.
구조 및 작동 원리
- 전극(electrode): 활성탄, 그래핀, 탄소 나노튜브 등 고표면적 소재 사용
- 전해질(electrolyte): 액체 또는 고체 전해질
- 분리막(separator): 양극과 음극의 단락 방지를 위한 절연체
- 전기 이중층: 이온이 전극 표면에 흡착되며 전하가 저장되는 메커니즘
- 작동 전압은 셀당 약 2.7V 이하이며, 고전압이 필요한 경우 직렬 연결이 필요하다[1].
특징
- 충방전 속도: 수 초 내 완충 및 방전 가능
- 긴 수명: 수만~수십만 회 이상 충방전 가능
- 고출력 특성: 높은 전력 밀도 제공
- 넓은 작동 온도 범위
- 환경 친화성: 중금속이나 유해 화학물질 적음
- 자기 방전율 높음: 장기 저장에는 불리함
- 에너지 밀도는 리튬이온전지보다 낮음[2].
응용 분야
- 회생 제동 시스템 (버스, 전동차 등)
- 비상 전원 및 백업 시스템 (UPS)
- 에너지 하베스팅 및 저장 (태양광, 풍력)
- 전자기기의 전압 안정화 및 보조 전원
- 웨어러블 전자기기 및 플렉시블 전원 장치[3].
최신 기술 동향
- 전극 소재의 고성능화 (그래핀, 탄소 나노튜브)
- 하이브리드 슈퍼커패시터: 리튬이온전지와의 융합
- 비대칭 슈퍼커패시터: 에너지 밀도 향상
- 마이크로/플렉시블 슈퍼커패시터 개발
- 자가 충전 및 에너지 하베스팅 연계 기술[4].
같이 보기
참고 문헌
각주
- ↑ Digikey, "Understanding Supercapacitors", https://www.digikey.kr/ko/articles/understanding-supercapacitors-and-their-relationship-with-batteries
- ↑ CAS, "Supercapacitor Technologies", https://www.cas.org/resources/cas-insights/supercapacitor-technologies-graphene-finally-living-its-full
- ↑ Premio, "What is a Supercapacitor?", https://premioinc.com/blogs/blog/what-is-a-supercapacitor
- ↑ arXiv, "A Review of Flexible Supercapacitors", https://arxiv.org/abs/1903.08965