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슈퍼커패시터용 탄소성 전극 재료

전문가 제언: ○ 슈퍼커패시터는 일반적으로 전기화학 커패시터 부류를 지칭하며 고전력/저에너지의 전해커패시터와 저전력/고에너지의 충전식 배터리의 중간에 위치한다. 슈퍼커패시터의 에너지 밀도는 전통적인 배터리에 비해 10% 수준인 반면 전력 밀도는 10~100배 수준으로서 충방전 시간이 아주 짧고 수명이 거의 반영구적이다. 따라서 범용 회로보다는 에너지 저장용으로 사용되며 전기자동차, 전동공구, 무정전 전원장치, 복사기 등과 같이 순간적인 고출력이나 장수명이 필요한 응용에 적합하다.
○ 슈퍼커패시터의 용량은 이중층 용량과 의사용량의 두 가지로 구성된다. 이중층 용량은 전도성 전극의 표면과 전해질 사이의 계면에서 전하의 분리에 의한 정전기적 저장 특성이다. 의사용량은 산화환원 반응, 삽입, 전기흡착에 따른 전하 이동에 의한 전기화학적 저장 특성이다. 혼성 커패시터는 이중층 용량과 의사용량을 결합한 비대칭 시스템으로 의사용량 전극이 높은 에너지 밀도를 제공하고 이중층 전극이 높은 전력밀도를 제공한다.
○ 슈퍼커패시터에 사용되는 일반적인 전극 재료는 비표면적이 큰 활성 탄소, 탄소 섬유, 카바이드유도 탄소, 탄소 에어로졸, 그래핀, 탄소나노튜브 등이다. 의사용량 전극 재료로는 전이금속 산화물, 전도성 폴리머가 사용된다. 일반적으로 슈퍼커패시터의 용량을 증가시키는 방법은 비표면적이 높은 다공성 물질을 사용하여 전극의 유효 표면적을 늘리는 것이다. 본고에서는 슈퍼커패시터의 성능 향상에 적합한 다공성 탄소기반 재료 및 유기 전극재료에 대해 소개한다.
○ 슈퍼커패시터 시장은 일본의 마쓰시타, 에르나, 카네보, NEC 등이 주도하고 있다. 국내에서는 비나텍, 코칩, 삼화전기, 네스캡, LS 엠트론 등이 슈퍼커패시터를 제조하고 있으며 GS에너지, 포스코켐텍 등이 소재사업에 참여하고 있다. 정부는 2011년 '에너지저장 기술개발 및 산업화 전략'을 발표하였다. 2020년까지 에너지저장 시장의 30% 점유를 목표로 에너지저장 시스템 산업 육성에 나선 만큼 조기에 격차를 좁힐 수 있을 것으로 기대한다.

저자: Long Hao , Xianglong Li , and Linjie Zhi
자료유형: 학술정보