슈퍼커패시터와 그 응용에 대한 이해

슈퍼커패시터는 높은 용량, 높은 전력 밀도, 그리고 긴 주기 시간을 포함한 다양한 매력적인 특성을 제공하는 최첨단 에너지 저장 장치입니다. 초커패시터라고도 알려진 슈퍼커패시터는 현재 전해 커패시터와 재충전 가능한 배터리 사이에 존재하는 간극을 효과적으로 메웁니다.

일반적인 이중층 슈퍼커패시터는 두 가지 중요한 방식에서 기존 커패시터와 다릅니다. 슈퍼커패시터의 금속 판은 일반적인 커패시터에 비해 훨씬 더 넓은 표면적을 가지고 있으며, 판 사이의 거리는 크게 좁습니다. 이는 판 사이의 분리막이 기존 유전체와는 다르게 작동하기 때문입니다.

배터리에서는 충전 및 방전이 전기화학 반응입니다. 슈퍼커패시터는 높은 표면적의 판에 전하를 정전적으로 저장합니다. 이러한 장치는 저장 가능한 에너지가 적지만 몇 초 만에 충전하거나 방전할 수 있습니다. 따라서 슈퍼커패시터는 주로 짧은 시간 동안 강력한 에너지를 공급해야 하는 용도에 사용됩니다. 적어도 가까운 미래에는 긴 시간 동안 많은 양의 에너지를 저장하는 데 있어 배터리가 선호되는 선택으로 남을 것입니다.

슈퍼커패시터의 장점

지난 몇 십 년 동안, 슈퍼커패시터는 독특하고 이색적인 설계 선택에서 벗어나 배터리 백업부터 우발적인 저장 메모리 손실 방지까지 다양한 애플리케이션에 적합한 기술로 발전해 왔습니다. 엔지니어들은 뛰어난 성능과 신뢰성을 포함한 여러 이점을 제공하는 기술로 인해 슈퍼커패시터에 매료됩니다.

슈퍼커패시터의 주요 특성은 정상적인 조건에서 수십만 번 충전 및 방전이 가능하다는 점입니다. 전기화학 배터리와는 달리, 정해진 사이클 수명이 없으며, 슈퍼커패시터는 충·방전 과정에서 거의 마모가 발생하지 않습니다. 또한, 슈퍼커패시터는 배터리보다 더 빠른 충전 및 방전 사이클을 제공합니다.

슈퍼커패시터는 ESR로 인해 대체 장치가 제공할 수 없는 수준의 전류 처리 능력으로 높이 평가됩니다. 또한 슈퍼커패시터는 배터리보다 더 넓은 온도 범위를 처리할 수 있습니다.

배터리 지원 용도로 사용될 때, 슈퍼커패시터 기술은 주/부 배터리 수명을 상당히 연장할 수 있으며, 일반적으로 최소 2배 이상 연장됩니다.

안전성은 모바일 및 웨어러블 기기를 포함한 다양한 제품 설계에서 중요한 요소입니다. 리튬이온 배터리(li-ion)와 같이 구멍이 뚫리거나 과충전, 과열 또는 단락될 경우 화재 및 폭발 위험을 초래하는 일부 배터리 유형과 달리, 슈퍼커패시터의 고장은 결코 치명적이지 않습니다. 또한 배터리와 달리 폐기할 때 특별한 주의가 필요하지 않아 환경 친화적입니다.

슈퍼커패시터의 장점에 대해 자세히 알아보세요.

슈퍼커패시터 유형

슈퍼커패시터의 성능은 전극 재료와 전해질에 크게 좌우됩니다. 슈퍼커패시터의 고표면적 전극은 다공성 물질로 형성됩니다. 전하는 일반적으로 전해질과 전극 재료 사이 경계 근처에 저장됩니다. 이중층 커패시터의 경우, 전극은 일반적으로 카본에어로겔, 카본클로스 또는 카본블랙으로 만들어집니다.

일부 슈퍼커패시터는 수성 전해질을 포함하고 있으며, 다른 것은 유기 전해질을 특징으로 합니다. 일반적으로 사용되는 유기 전해질에는 아세토니트릴과 프로필렌 카보네이트가 포함됩니다.

원통형 슈퍼커패시터는 해당 기술의 기본적인 핵심 장치입니다. 이 장치는 다양한 산업 및 소비자 기술 엔지니어들에게 최적의 펄스 전력 처리 특성을 제공하며, 경쟁 제품을 크게 능가하면서도 비용 경쟁력을 유지할 수 있는 솔루션을 제공하도록 설계되었습니다.

AVX는 평면형 마운트 2~4단자, 관통형 마운트, 연장형 스탠드 오프 관통 마운트, 와이어 리드 마운트를 포함한 다양한 장착 구성으로 원통형 슈퍼커패시터를 제공합니다. 직렬 연결 모듈도 사용할 수 있습니다.

슈퍼커패시터 응용 분야

슈퍼캐패시터는 비교적 새로운 기술(적어도 전통적인 캐패시터와 비교했을 때)이지만, 현재 다양한 응용 분야에서 사용할 준비가 되어 있습니다. 가장 초기의 슈퍼캐패시터 응용 중 하나는 주요 배터리를 보조하여 짧은 전력 중단을 극복하거나 전기 흐름을 부드럽게 하는 역할을 하는 것이었습니다. 이 여전히 널리 사용되고 있는 역할에서 슈퍼캐패시터는 무정전 전원 공급 장치(UPS), 무선 경보 시스템, 스마트 미터, 그리고 심지어 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에서도 찾아볼 수 있습니다.

슈퍼커패시터는 펄스 응용, 원격측정, 피크 전력 지원 및 전자 잠금 장치에 전력을 공급하기 위해 널리 사용됩니다. 또한, 많은 엔지니어들은 정전 시 백업 발전기를 시작하고 전환이 완전히 완료될 때까지 전력을 공급하는 가장 좋은 방법으로 슈퍼커패시터 기술을 선택합니다. 일본에서는 대형 슈퍼커패시터가 주로 상업용 건물에 설치되어 최대 수요 시간대의 전력망 소비를 줄이고 부하를 완화하기 위해 사용됩니다.

슈퍼커패시터는 이제 태양광 패널, 풍력 터빈, 해양 파도 및 기타 외부 소스에서 수집된 에너지를 캡처하고 저장하여 낮은 에너지 소비의 전자 장치를 구동하는 에너지 수집 장치로 흔히 사용됩니다. 슈퍼커패시터는 넓은 작동 온도 범위에서 가혹한 환경에서도 작동할 수 있으며 높은 전력 밀도와 높은 신뢰성을 제공하므로 사물인터넷(IoT) 센서 및 통신 설계에 사용하기에 이상적입니다.

점점 더 많은 엔지니어들이 저전력 전자의 급속한 성장에 기여할 수 있는 고성능 에너지 저장 장치로서 슈퍼커패시터를 선택하고 있습니다. 스마트폰, 스마트워치, GSM/GPRS 모듈 및 착용형 의료 기기와 같은 휴대용 전자 장치는 모두 슈퍼커패시터 기술의 혜택을 받을 수 있습니다. 예를 들어, Honeywell은 몇 초 만에 완전히 충전되는 배터리 없는 슈퍼커패시터 구동 UPC 스캐너를 제공하고 있습니다. 이 제조업체는 표준 리튬 이온 배터리보다 약 6배 더 긴 8년 이상의 수명을 보장합니다.

자동차 부문은 슈퍼커패시터를 채택하는 또 다른 선도적인 분야로 부상하고 있으며, 다양한 차량 시스템에 해당 기술을 통합하고 있습니다. 시동/정지 기능과 파워 스티어링은 슈퍼커패시터의 성능 및 온도 내구성 특성에서 이점을 얻을 수 있습니다. 앞으로 슈퍼커패시터는 하이브리드 차량 배터리를 빠르게 충전할 수 있는 가능성을 제시하며, 차량의 가솔린 엔진과 함께 작동할 수 있습니다. 하이브리드 차량에 슈퍼커패시터를 설치하면 높은 출력 제어 및 효율성을 확보하여 더 먼 거리를 주행할 수 있습니다.

철도 산업은 또한 슈퍼커패시터 기술의 에너지 수집 가능성을 인식하기 시작했습니다. 예를 들어, 스페인 철도 회사인 CAF는 Greentech Evodrive를 제공합니다. 이는 스트리트 트램용으로 설계된 온보드 슈퍼커패시터 기반 에너지 수집 시스템입니다. 이 기술은 제동 시 발생하는 운동 에너지를 회수하여 트램의 전반적인 에너지 효율성을 향상시킵니다.

AVX의 장점

AVX는 표준 원통형 슈퍼커패시터를 가장 다양하게 제공하며, 맞춤형 설계 요청을 충족할 수 있는 능력을 제공합니다. AVX는 에너지 저장을 극대화하고 낮은 ESR(등가 직렬 저항)과 최소 누설 전류를 강조하는 다양한 부품을 제공합니다.

회사의 SCC 및 SCM 시리즈 원통형 전기화학적 이중층 커패시터는 매우 높은 정전 용량과 매우 낮은 ESR의 조합을 기반으로 우수한 펄스 전력 처리 특성을 제공합니다. 개별적으로 사용되거나 1차 또는 2차 배터리와 결합하여 사용될 경우, 이러한 장치는 백업 시간을 연장하고 배터리 수명을 늘리며 필요할 때 즉각적인 전력 펄스를 제공합니다.

AVX의 BZ 시리즈에 속하는 BestCap 슈퍼커패시터는 비위험성 양성자 활성 폴리머 시스템을 기반으로 한 저 ESR 펄스 슈퍼커패시터입니다. 이 제품은 유기 전해질을 사용한 장치와 직접적으로 경쟁하지만, 훨씬 넓은 전압 범위를 가지며 3.6V에서 20V까지 지원합니다(유기 전해질은 일반적으로 셀당 약 3V까지 제한되는 경우가 많음). BestCap은 -20°C에서 +70°C의 온도 범위를 가지며 이는 배터리보다 넓고, 선택적으로 -40°C에서 +75°C 사이의 값을 제공하는 옵션도 있습니다. BestCap은 모든 슈퍼커패시터 중 가장 "커패시터와 유사한" 주파수 응답을 제공하며 저 ESR 및 초박형 특성을 갖추고 있습니다.

AVX의 PrizmaCap 프리즘형 슈퍼커패시터는 SCP 시리즈에 포함되어 있으며, AVX 슈퍼커패시터 중에서 가장 낮은 프로파일과 가장 넓은 작동 온도 범위를 제공합니다. 이 장치는 단독으로 사용하거나 1차 또는 2차 배터리와 함께 사용하여 배터리 수명을 연장하고 필요한 경우 즉각적인 전력 펄스를 제공하며, 긴 백업 시간을 제공합니다. 이 장치는 펄스 전력 처리, 에너지 저장, 에너지/전력 유지 및 배터리 보조가 필요한 애플리케이션을 대상으로 설계되었습니다.

모든 AVX 슈퍼캐패시터 시리즈는 리드 방향, 와이어 하니스 리드, 패키징 및 비표준 전압, 용량 및 기타 주요 분야에서 맞춤화가 가능합니다. 더 높은 전압의 슈퍼캐패시터 애플리케이션에 대해 AVX는 인클로저, 밸런싱 및 상태 모니터링 지원을 포함한 맞춤형 모듈 조립품을 설계하고 제작할 수 있습니다.

앞으로 기울이기

슈퍼커패시터는 급속히 성장하고 있는 에너지 저장 기술로서 점점 더 많은 응용 분야에서 인기 있는 설계 선택지가 되고 있습니다. 리튬 이온 배터리가 현재 다양한 개인 및 상업용 기기에서 사용되고 있음에도 불구하고, 슈퍼커패시터는 전력 밀도와 충·방전 사이클 횟수 측면에서 리튬 이온 배터리와 경쟁할 수 없는 기술입니다.

슈퍼커패시터의 채택이 증가하고 새로운 응용 분야가 구상됨에 따라, 전 세계 연구자들은 탄소 나노튜브, 폴리피롤, 티탄산바륨과 같은 새로운 형태의 유전체 물질을 연구하며 성능과 호환성을 개선하고자 노력하고 있습니다. 이들 물질은 모두 용량과 에너지 밀도를 향상시킬 가능성을 약속합니다.

계속 지켜봐 주세요—슈퍼커패시터 이야기의 시작에 불과합니다.

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