울트라커패시터
1. 개요
학계에서는 울트라커패시터(UC : Ultra capacitor), 전기이중층 커패시터(EDLC : Electric Double Layer Capacitor)로 부르며, 다른 이름으로 슈퍼커패시터/슈퍼캐패시터(SC : Supercapacitor), 슈퍼콘덴서(Super Condensor)라고도 부른다.
용량이 큰 커패시터로, 일반적인 커패시터가 μF(마이크로 패럿, 100만분의 1 패럿)단위를 쓰는 데 비해 F(패럿)단위를 사용한다.
EDLC(전기이중층 커패시터)와 Pseudo 두가지가 있으며, EDLC는 단셀(Cell) 기준으로 최대 3600F 등등 다양하게 있고 Pseudo는 10kF 이상도 존재한다. 국내에는 LS머트리얼즈에서 3V 3400F까지 상용화 했다. Pseudo는 EDLC와 달리 극성에 리튬과 같은 재료를 첨가하여 배터리와 같이 화학적 변화에 따른 충방전을 하여 에너지 밀도를 높인 것으로 쉽게 말해 EDLC와 배터리의 중간 정도의 특성을 가진다.
2. 장점
- 전력 밀도(순간 출력, Max Current)가 크다. 리튬이온 배터리의 전력밀도는 0.5~1.5(W/kg)정도지만 울트라커패시터는 1~10(kW/kg)정도다.
- 충방전 횟수가 많아 수명이 길다. 리튬이온 배터리를 1000번 충방전 하면 용량이 급하락하여 폐기처분 하지만 초축전기는 50만번 내지 100만번 충방전이 가능하다. 사용 환경에 따라 다르지만 일반적으로 10년 이상의 수명을 보기도 한다.
- 고속충전이 가능하다. 수십~수천A의 전류만 공급할수 있다면야 초 단위 완충도 가능하다.
- 고속방전이 가능하다. 일반 배터리(내부저항 100mΩ)로 100A 전류를 뽑아내려고 하면 폭발한다! 하지만, 울트라커패시터는 내부저항이 0.23mΩ 이하의 것도 있어서 가능하다.
- 저온에서도 성능저하가 낮다. 리튬이온 배터리는 온도가 낮으면 용량이 급감하지만 울트라커패시터는 영하 40도에서도 작동 가능하다. 이는 사용하는 전해액의 어는 점이 약 영하 49도로 매우 낮기 때문이다.
3. 단점
- 에너지 밀도가 배터리에 비해 떨어진다. 리튬이온 배터리는 에너지 저장밀도가 150(Wh/kg)이지만 울트라커패시터는 약 10(Wh/kg)이다.
- 가용 에너지 량 대비 가격이 비싸다. 에너지량으로 보면 일반 배터리보다 수배~수십배 비싸다.
높은 가용 에너지량을 원할 때는 배터리, 장수명에 고출력을 원할 때는 울트라커패시터를 검토하는 것이 맞다.
요새는 이를 보완하기 위해 배터리와 울트라커패시터를 같이 사용하는 경우도 많다.
요새는 이를 보완하기 위해 배터리와 울트라커패시터를 같이 사용하는 경우도 많다.
4. 적용 분야
산업용 : 미세공정산업(반도체/Display/차량도색 등) UPS, 순간정전보상장치, ESS(에너지 저장체계) FR(Frequency Regulator), AMR, SSD, 태양광 가로등, 발광블록, 연료전지 보조, 발전기 시동 전원, Pulse power
풍력발전기 : Pitch Control system 비상 전원, FR(Frequency Regulator)
태양열 : 태양열 발전 Mirror-tracking
자동차 : 하이브리드버스, ISG 시스템, 전압안정기, 점프스타터, 블랙박스, Hybrid battery
운송 : 회생제동(Regenerative Braking)
중장비 : Energy Harvesting
해양 : 파력발전, Leveling system
소비재 : 전동공구, 플래시 라이트, 완구