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슈퍼커패시터 전극용 메조포러스 탄소 함유 금속산화물 나노재료

전문가 제언: ○ 슈퍼커패시터는 전통적인 전해 커패시터에 비해 수백 배의 비교적 높은 에너지 밀도를 가진 전기화학적 커패시터로 전기이중층 커패시터, 슈퍼콘덴서, 울트라커패시터 등으로 불린다. D형 건전지 크기의 전통적인 전해 커패시터의 용량이 수십 밀리 패럿인데 비해 같은 크기의 슈퍼커패시터의 용량은 수 패럿에 달한다. 2011년 기준 슈퍼커패시터의 최대 동작전압은 수 볼트, 용량은 5 킬로 패럿 수준이다.

○ 슈퍼커패시터는 일반적인 2차전지에 비해 에너지 밀도가 수 십분의 일 정도로 낮지만 전력 밀도는 수십 배에 달하고 충방전 시간이 아주 빠르며 수명이 거의 반영구적이다. 따라서 슈퍼커패시터는 범용의 회로 부품보다는 에너지 저장용으로 사용되며 특히 전기자동차나 전동공구, 무정전 전원장치, 복사기 등과 같이 순간적으로 고출력을 요하거나 장수명이 필요한 응용에 적합하다.

○ 슈퍼커패시터의 전극재료에는 비표면적이 큰 활성 탄소, 금속산화물, 전도성 폴리머 등이 있다. 이러한 재료들은 나름대로의 장단점을 가지고 있으며 근래 이러한 재료들을 결합하여 장점을 살린 복합 전극재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 슈퍼커패시터의 용량을 증가시키는 방법은 비표면적이 높은 다공성 물질을 사용하여 전극의 유효 표면적을 늘리는 것이다. 본고에서는 슈퍼커패시터의 성능 향상에 적합한 전극재료로서 금속산화물과 다공성 탄소 재료를 결합한 복합 전극재료에 대해 소개한다.

○ 슈퍼커패시터 세계시장은 2010년 기준 1조원 수준으로 매년 30% 정도 확대되고 있으며 마쯔시타, 에르나, 카네보, NEC 등 일본 업체들이 90% 이상을 차지하고 있다. 국내에서는 비나텍, 코칩, 삼화전기, 네스캡, LS 엠트론 등이 슈퍼커패시터를 제조하고 있으며 GS칼텍스/PCT, 포스코켐텍 등이 소재사업에 적극 참여하고 있다. 정부는 2011년 '에너지저장 기술개발 및 산업화 전략'을 발표하고 2020년까지 에너지저장 시장의 30% 점유를 목표로 에너지저장 시스템 산업 육성에 나선 만큼 조기에 기술 격차를 줄여나갈 수 있을 것으로 기대한다.

저자: Hao Jiang, Jan Ma, Chunzhong Li
자료유형: 학술정보