슈퍼커패시터-신재생에너지 대응을 위한 차세대 고효율, 고용량 에너지 저장 장치

슈커커페시티 이미지

안녕하세요 주식 스토리입니다. 

오늘은 슈퍼커패시티라는 고효율, 고용량 에너지 저장장치인 차세대 신재생 에너지 대응분야에 적용되는 것에 대해 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다. 

 

1. 그린 뉴딜- 친환경, 저탄소 기반으로 전환되는 시점

• 한국판 뉴딜10대 대표과제에 [그린에너지] 과제가 포함되어 있습니다.

-신재생에너지 산업 생테계 육성을 위해 대규모 연구개발, 실증 사업 침 설비 보급 확대로 2022년까지 총사업비 4조 5천억 원 투자, 일자리 1만 6천 개 창출하며 2025년 까지 총사업비 11조 3천억 원 투자 일자리 3만 8천 개 창출을 목표로 추진 중입니다. 

 

• 신재생에너지 확산 및 다각화로 저탄소, 친환경 국가로 독약을 목표로 사업 추진 계획하고 있습니다. 

 

■슈퍼 커패시터의 산업 응용분야 확대및 차세대 에너지 저장 장치로 도약. 

 

최근 에너지 사용의 증가는 온실가스 배출 증가의 결정적인 원인으로 작용하고 있습니다. 

온실가스 감축및 국제 환형 규제 대응이 필수로 대두되고 있는 가운데 화석에너지 고갈, 국제 환경 규제 강화로 인해 향 후 신재생 에너지는 주요 에너지원으로 부상될 것으로 전망하고 기정사실화 되어가고 있는 것이 현실입니다. 

 

 

슈퍼커패시터는 전력밀도가 높고 , 충, 방전 속도가 빠르며, 충방전 사이클 수명이 매우 긴 것이 특징이고 

신재생 어닞 발전 및 전기 자동차, 스마트 미터 분야에 가장 적합한 저장 차이로 기대하고 있는 4차 산업형명과 it전자기기의 발전이 다 가오 변 더우 더 다양한 전자 회로와 전원 공금 제품들이 우리 삶에  다양하게 적용될 수 있는 새로운 에지 저장 치로 주목받고 있습니다. 

 

 

■정부 정책과 산업 성장으로 지속성장이 기대되는 슈퍼패시터 산업

정부는 신재생에너지 확산 기바구축 및 공정한 전환 지원을 위한 정책을 추진하고 있고 

전기차, 수소차 등 그린 모빌리티 보급 확대한 방향으로 전기자동차 11만 대, 수소자동차 20만 대 등 보급을 추지하여 지속 가능한 신재생 에너지를 사회 전반으로 확산하는 정책을 진행하고 있습니다. 

Mordor Inteligence(2020년)에 따르면. 세계 슈퍼커패시터 시장은 2020년 887백만달러에서 연평균 13.5% 성장하여 

2026년에는 1,896백만 달러의 ㅅ장을 형설할 것으로 전망하고 있으며 

 

앞에서도 말한바와 같이 세계적으로 녹색성장이 이슈가 되고 있으며 슈퍼커패시터는 스마트 미터, 자동차, 중장비, 물류자동화 장비, 통신장비, 신재생 에너지 장비 등 다양한 분야로 적용 확대되고 있습니다. 

 

1. 배경기술분석

이번에는 배경 기술 분석 관련 내용에 대해 알아보겠습니다. 

에너지 사용량 증가로 고효율 및 고출력 에너지 저장장치의 필요성 대두됨.

■에너지 저장 기술의 정의 에너지 

에너지 저장 기술은 화력이나 원자력, 그리고 태양과 및 풍력을 이용한 시재생 에너지 발전 등으로 생산돼 전기 에너지를 저장하고 필요할 때 사용할 수 있는 기술을 말하며 에너지를 저장하는 방식에 따라 양수 발전, 압축 공기 저장장치, 프리가 휠 등을 이요하는 물리적 저장과 리튬 이온 전지, 납축 전지, 흐름 전지  등의 화학적 저장으로 부류 되고 전기 어ㅔ너지로 물을 전기 분해하여 수소 형태로 저장하는 것도 일종의 에너지 저장이라 합니다. 

 

에너지 기술은 여러 가지가 있습니다. 

 

에너지 저장 장치 기술에 따른 구분 이미지

 

■ 케패시터의 연혁 및 정의 

 

1745년 최초의 축전기 형태인 라이데 병이 독일 발명 가이 이월드 게오르그 폰 클라이스트에 의하여 발명되고 

1746년 네덜란드 라이덴 대학의 물리학자인 피터르 판 뮈스핸브루크도 독자 거을 라이덴병을 발명하였으며

최초의  라이덴병은 유리병에 코르크 마개 중앙에는 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 커 패 시터(Capacitoor)로 발전하게 되었습니다. 

 

라이덴 병에서 유리가 유전체, 주석박이 전극 역할을 하고 있는 것입니다. 

 

슈퍼 커패시터 3 우리말로 축전기라고 불리는 커패시터는 전기 에너지를 축적(저장)할 수 있는 소자를 말하며 , 기본적으로 두장의 판으로 구성한 전극을 서로 마주 보는 구조로 구성하고 있습니다. 이전 연체는 전극판과 전극판 사이에 전기를 차단하고 전기를 담아두는 역할을 합니다. 

 

기본적인 커패시터의 구조  이미지출처:한국전력

커패시터의 충전 과정

커페시터 충전과정 이미지 출처 한국전력

축전기의 충전 방법

축전기의 한쪽 판 A에는 +전하가 다른 한쪽판 B에는-전하가 대전되는데, 두금 속판 사이의 전취 차가 전지의 전압과 같아질 때까지 전하가 이동하여 각 금속판에는 전하가 같은 양으로 분포하게 만듭니다. 

 

이상태가 되면 전지를 때어도 두 금속판에는 전하 사이의 전기적 인력에 의해 전하가 그대로 저장되어 충전됩니다. 

커페시터는 전기판 시이에 절연체를 넣어 제조하고 있어 절연체의 재질에 따라 여러 종류의 커 패 시터가 제작될 수 있으며, 아무것도 삽입하지 않고 공기를 유전체로 하는 커패시터도 있습니다. 

 

■커패시터의 특징과 종류

커패시터는 전기를 저장하는 용도 외 다양하게 이용되고 있으며, 커플링, 발진, 완충, 평활, 바이패스 등의 용도로 이용되고 있습니다. 

 

커페시터의 용도

구분	용도
커플링	직류와 교류가 섞여 있는 선호에서 교류 신호만 통과
발진	충전과 방전을 반복하여 과도 파형을 만들어 내는 기능
충전	보조 배터리처럼 전압을 충전한 다음 전류를 출력하는 기능
평활	맥류 신호(직, 교류가 합쳐진 신호)를 일정한 직류 평균 전압으로 전환
바이패스	노이즈 성분의 전류를 그라운드로 이전하는 기능

커패시터는 다양한 종류가 있고 커패시터에 따라 상당히 다른 특징을 가지고 있으며, 회로를 설계하는데 있어 커패시터의 선정은 주파수 즉성과 정격전압을 고려하는 것이 중요합니다. 

 

대표적인 커패시터의 종류

대표적인 커페시터종류     *출처 : 구글 이미지, 한국기업데이터(주) 재가공

 

1. 알루미늄 전해 커페시터

전해 커패시터는 (+) 극성을 갖는 양극과 (-) 극성을 갖는 음극으로 이우어져 있습니다. 

양극은 양 극 산화를 통해 산화층을 펴면을 덮는 전해로 구성되어 있습니다. 매우 얇은 유전 산화층과 없는 양극 펴면 적으로, 전해 케패시터는 다른 커패시터에 비해 훨씬 높은 전전 용량을 나타내어  큰 정전 용량으로 , 저주파 신호를 통화시키거나 많은 에너지를 저장 하기에 적하 바여 보통 전원 공급 단에서 노이즈를 제거하거나 에너지를 저장 혹은 증폭기에서 커플링을 하는 용도로 많이 사용되고 있습니다. 

 

2. 탄탈 커패시터

탄탈 커패시터는 절연체로 탄탈 금속을 사용한 커패시터이며, 알루미늄 전해 커패시터와 마찬가지로 비교적 큰 정전 용량을 얻을 수이고, 온도 및 회로의 직류 전압에 의한 정전용량 특성의 변화가 적은 편입니다. 

 

용도는 전해와 비슷하나 오차, 주파수 특성 등이 알루미늄 전해 커패시터보다 좋으며 가격이 더 비싸다는 단점이 있는데 전해 커패시터에서 발생하는 스파이크 형상의 전류가 나오지 않아 아날로그 신호에는 주로 탄탈 커패시터를 사용하고 있습니다. 

 

3. 세라믹 커패시터

세라믹 커패시터는 절연체로 세라믹을 사용한 커페시터이며, 세라믹은 강유전체의 물질로 아날로그 신호의 회로에 사용하면 신호의 일그러짐이 발생할 수 있으며, 세라믹 커패시터는 인덕턴스 (코일의 성질)가 적어 고주파 특성이 양호하고 , 고주파 노이즈가 바이패스 용도로 주로 사용하고 있습니다. 

 

내용이 이 많아서 시리즈로 작성할 예정입니다. 

다음 글은 리튬이오 배터리 관련 내용을 정리하여 글을 올리도록 하겠습니다. 

감사합니다.