전해 커패시터 와 충전식 배터리 사이의 격차를 메우는 슈퍼커패시터 가 점점 더 많은 응용 분야에서 자리를 잡고 있습니다.
슈퍼커패시터는 높은 정전용량, 높은 전력 밀도, 긴 주기 수명 등 여러 바람직한 기능이 특징인 최첨단 에너지 저장 장치입니다. 울트라커패시터라고도 불리는 슈퍼커패시터는 현재 전해 커패시터와 충전식 배터리 사이에 존재하는 격차를 효과적으로 메웁니다.
전형적인 이중층 슈퍼커패시터 는 두 가지 중요한 면에서 기존 커패시터 와 다릅니다. 슈퍼커패시터의 금속판은 일반 커패시터보다 표면적이 훨씬 더 넓고, 판 사이의 거리는 현저히 더 작습니다. 이는 판과 판 사이의 분리막이 기존 유전체와 다른 방식으로 작동하기 때문입니다.
배터리에서 충전과 방전은 전기화학적 반응입니다. 슈퍼커패시터는 표면적이 큰 판에 정전기적으로 전하를 저장합니다. 이 장치는 에너지를 적게 저장하지만 몇 초 만에 충전하거나 방전할 수 있습니다. 따라서 슈퍼커패시터 응용 분야는 주로 단시간 전력 공급에 사용됩니다. 적어도 가까운 미래에는 배터리가 장기간에 걸쳐 대량의 에너지를 저장하는 데 더 선호되는 선택으로 남을 것입니다.
슈퍼커패시터의 이점
지난 수십 년 동안 슈퍼커패시터는 낯설고 독특한 설계 방안에서 배터리 백업부터 우발적인 저장 메모리 손실 방지까지 다양한 응용 분야에 적합한 일상적 기술로 발전했습니다. 엔지니어들은 뛰어난 성능과 안정성을 포함한 이 기술의 여러 가지 장점 때문에 슈퍼커패시터에 매료됩니다.
슈퍼커패시터의 주요 특성은 일반적인 조건에서 수십만 번 충전 및 방전이 가능하다는 것입니다. 정해진 사이클 수명을 가진 전기화학 배터리와 달리, 슈퍼커패시터는 사이클을 거치면서 마모나 파손이 거의 발생하지 않습니다. 게다가 슈퍼커패시터는 배터리보다 충전/방전 주기가 더 빠릅니다.
슈퍼커패시터는 ESR로 인해 다른 기기에서는 달성할 수 없는 수준의 전류 처리 능력 덕분에 높은 평가를 받고 있습니다. 슈퍼커패시터는 배터리보다 더 넓은 온도 범위를 처리할 수 있습니다.
배터리 지원에 사용될 경우, 슈퍼커패시터 기술은 1차/2차 배터리의 수명을 일반적으로 최소 2배 이상 크게 연장할 수 있습니다.
안전은 다양한 제품 설계, 특히 모바일 및 웨어러블 기기에서 중요한 고려사항입니다. 리튬 이온(Li-ion) 등 일부 배터리 유형은 펑크, 과충전, 과열 또는 단락 시 화재 및 폭발 위험이 있는 반면, 슈퍼커패시터의 고장은 결코 치명적이지 않습니다. 또한 배터리와 달리 폐기 시 별도의 예방 조치가 필요하지 않아 환경 친화적입니다.
슈퍼커패시터 유형
슈퍼커패시터의 성능은 전극 재료와 전해질에 크게 좌우됩니다. 슈퍼커패시터의 고표면적 전극은 다공성 재료로 형성됩니다. 전하는 일반적으로 전해질과 전극 물질 사이에 존재하는 경계 근처에 저장됩니다. 이중층 커패시터의 경우 전극은 일반적으로 탄소 에어로젤, 탄소 천 또는 카본 블랙으로 만들어집니다.
일부 슈퍼커패시터는 수용성 전해질을 통합하고, 다른 슈퍼커패시터는 유기 전해질을 사용합니다. 일반적으로 사용되는 유기 전해질로는 아세토니트릴과 프로필렌 카보네이트가 있습니다.
원통형 슈퍼커패시터는 이 기술의 기본적인 주역에 해당합니다. 이 장치는 다양한 산업 및 소비자 기술 엔지니어에게 최적의 펄스 전력 처리 특성을 제공하고 경쟁 제품보다 훨씬 우수한 성능을 발휘하는 동시에 비용 경쟁력을 유지하는 솔루션을 제공하도록 설계되었습니다.
AVX 는 2~4단자 평면 마운트, 관통형 마운트, 확장형 스탠드오프 관통형 마운트, 와이어 리드 마운트를 포함한 광범위한 마운트 구성으로 원통형 슈퍼커패시터를 제공합니다. 직렬 연결 모듈도 제공됩니다.
슈퍼커패시터 응용 분야
슈퍼커패시터는 비교적 새로운 기술이지만(적어도 전통적인 커패시터와 비교하면), 이 장치는 이제 광범위한 응용 분야에 사용할 준비가 되었습니다. 초창기의 슈퍼커패시터 응용 분야 중 하나는 단시간 정전에 대응하거나 전기 흐름을 원활하게 하기 위해 주 배터리의 백업으로 사용하는 것이었습니다. 여전히 널리 사용되는 이 역할에서 슈퍼커패시터는 무정전 전원 공급 장치(UPS), 무선 경보 시스템, 스마트 미터, 심지어 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에서도 찾아볼 수 있습니다.
슈퍼커패시터는 펄스 애플리케이션, 원격 측정, 피크 전력 지원 및 전자 잠금 장치에 전력을 공급하는 데 널리 사용됩니다. 또한 많은 엔지니어는 정전 중에 백업 발전기를 시작하고 전환 속도가 최대 속도에 도달할 때까지 전력을 공급하는 가장 좋은 방법으로 슈퍼커패시터 기술을 선택합니다. 일본에서는 최대 수요 시간대에 전력망 소비를 줄이고 부하를 완화하기 위해 상업용 건물에 대형 슈퍼커패시터를 설치하는 경우가 많습니다.
슈퍼커패시터는 이제 태양광 전지, 풍력 터빈, 해양 파력 및 기타 외부 소스에서 수집된 에너지를 포착하고 저장하여 저에너지 전자 장치에 전력을 공급하는 에너지 수확기로도 널리 사용됩니다. 광범위한 작동 온도에 걸쳐 혹독한 환경에서 작동할 수 있고 높은 전력 밀도와 높은 안정성을 제공하는 슈퍼커패시터는 사물 인터넷(IoT) 센서 및 통신 설계에도 이상적입니다.
점점 더 많은 엔지니어가 저전력 전자 제품의 급속한 성장에 기여할 수 있는 고성능 에너지 저장 장치인 슈퍼커패시터에 관심을 갖고 있습니다. 스마트폰, 스마트워치, GSM/GPRS 모듈, 웨어러블 의료기기 등 휴대용 전자 기기는 모두 슈퍼커패시터 기술의 이점을 누릴 수 있습니다. 예를 들어, Honeywell은 이제 몇 초 내에 완전히 재충전되는, 배터리가 필요 없는 슈퍼커패시터 구동 UPC 스캐너를 제공합니다. 제조사는 표준 리튬 이온 배터리보다 약 6배 긴 8년 이상의 수명을 약속합니다.
자동차 부문은 슈퍼커패시터 도입의 또 다른 선도적 영역으로 부상하고 있으며, 이 기술을 다양한 차량 시스템에 통합하고 있습니다. 시동/정지 기능과 파워 스티어링은 이 기술의 성능과 온도 허용 범위 속성으로부터 이점을 얻을 수 있습니다. 향후 슈퍼커패시터는 자동차나 트럭의 가솔린 엔진과 함께 작동하여 하이브리드 자동차 배터리를 빠르게 충전할 수 있는 기능을 실현할 것입니다. 하이브리드 자동차에 슈퍼커패시터를 설치하면 높은 전력 제어와 효율성으로 더 먼 거리를 주행할 수 있습니다.
철도 산업 역시 슈퍼커패시터 기술의 에너지 수확 잠재력을 인지하기 시작했습니다. 예를 들어 스페인 철도 회사 CAF는 시가 전차에 맞게 설계된 온보드 슈퍼커패시터 기반 에너지 수확 시스템인 Greentech Evodrive를 제공합니다. 이 기술은 제동 시 방출되는 운동 에너지를 회수하여 트램의 전반적인 에너지 효율을 향상시킵니다.
AVX의 장점
AVX는 다양한 표준 원통형 슈퍼커패시터를 제공하여 맞춤형 설계 요청을 충족시킬 수 있습니다. AVX는 에너지 저장 극대화, 낮은 ESR, 최소 누설 전류에 초점을 맞춘 다양한 부품을 제공합니다.
예를 들어, 이 회사의 SCC 및 SCM 시리즈 원통형 전기화학 이중층 커패시터는 매우 높은 정전용량과 매우 낮은 ESR의 조합을 기반으로 뛰어난 펄스 전력 처리 특성을 제공합니다. 이 장치는 단독으로 사용하거나 1차 전지나 2차 전지와 함께 사용하여 백업 시간을 늘리고 배터리 수명을 연장하며, 필요할 때 즉각적인 전력 펄스를 제공합니다.
AVX의 BZ 시리즈인 BestCap 슈퍼커패시터는 위험하지 않은 양성자 활성화 폴리머 시스템을 기반으로 한 저 ESR 펄스 슈퍼커패시터입니다. 이 제품은 유기 전해질로 만든 장치와 직접 경쟁하지만 전압 범위가 3.6V에서 20V로 훨씬 더 넓습니다(유기 전해질은 일반적으로 셀당 최대 3V로 제한됨). BestCap은 -20°C ~ +70°C의 온도 범위를 지원하는데, 이는 배터리보다 넓은 범위이며, -40°C ~ +75°C 사이에서 선택 가능한 값도 제공합니다. BestCap은 모든 슈퍼커패시터 중에서 가장 "커패시터와 유사한" 주파수 응답을 제공하며 낮은 ESR과 낮은 프로파일 특성을 특징으로 합니다.
SCP 시리즈에 속하는 AVX의 PrizmaCap 프리즘형 슈퍼커패시터는 AVX 슈퍼커패시터 중 가장 낮은 두께와 가장 넓은 작동 온도 범위를 제공합니다. 이 기기는 단독으로 사용하거나 1차 전지 또는 2차 전지와 함께 사용하여, 더 긴 배터리 수명과 필요시 즉각적인 전력 펄스로 예비 시간을 확장해 줍니다. 이 장치는 펄스 전력 처리, 에너지 저장, 에너지/전력 유지 및 배터리 지원이 필요한 애플리케이션을 대상으로 합니다.
모든 AVX 슈퍼커패시터 시리즈는 리드 방향, 와이어 하네스 리드, 패키징 분야에서 사용자 정의가 가능하며, 전압, 정전용량 및 기타 주요 분야에서 비표준 제품도 제공합니다. 고전압 슈퍼커패시터 애플리케이션의 경우, AVX는 인클로저, 밸런싱 및 상태 모니터링 지원이 포함된 맞춤형 모듈 어셈블리를 설계하고 제작할 수 있습니다.
각광받는 기술
슈퍼커패시터는 빠르게 성장하는 에너지 저장 기술로, 점점 더 많은 응용 분야에서 점점 더 인기 있는 설계 선택이 되고 있습니다. 리튬이온 배터리가 현재 다양한 개인용 및 상업용 기기에 사용되고 있지만, 이 기술은 전력 밀도와 충전/방전 횟수 측면에서 슈퍼커패시터와 경쟁할 수 없을 것입니다.
슈퍼커패시터의 채택이 증가하고 새로운 응용 분야가 구상됨에 따라 전 세계 연구자들은 탄소 나노튜브, 폴리피롤, 바륨 티타네이트와 같은 새로운 형태의 유전체 재료를 연구하여 성능과 호환성을 높이기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 재료는 모두 정전 용량과 에너지 밀도를 향상시킬 것으로 기대됩니다.
계속 주목해야 할 기술, 슈퍼커패시터의 시대는 이제 막 시작되었습니다.
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