슈퍼 커패시터란? (콘덴서, MLCC)

전기차 시장이 불러온 배터리 전성시대, 슈퍼 커패시터는 무엇인가?

비나텍의 슈퍼커패시터인 하이캡 네오

요즘 자동차 시장도 내연기관에서 전기차로 전환이 본격적으로 이루어지고 있습니다.

물론 이런 과도기 시기에 하이브리드 차량도 인기지만 전반적으로 미래지향적 디자인에 호감을 느낀 젊은 세대들이나 보조금 혜택을 받기 위해 전기택시로 전환하는 수요도 그만큼 많은 상황입니다.

그러다 보니 이제는 2차 전지에 대해 다들 어느 정도 공부하셨을 테고 어떤 종류가 있는지는 어느 정도 아시겠지만 슈퍼 커패시터는 여전히 생소하신 분들이 많으시리라 생각됩니다.

오랜만에 용어에 관련한 포스팅을 하게 되었는데 이번 포스팅은 이 슈퍼 커패시터에 대해 설명하는 시간을 가져보려고 합니다.

 

커패시터란?

콘덴서로 불리우는 부품으로 배터리가 축전지를 말한다면 커패시터는 응축기라는 의미로 사용되고 있습니다.

전압이 높을때 전하를 모으고 전하를 방출하고, 전압이 낮으면 전하를 방출하여 전압의 변화를 막아주는 역할을 하는데 안정적으로 전기를 공급하는 역할을 맡는 부품입니다.

 

슈퍼 커패시터는 그럼....?

당연히 용량이 큰 커패시터를 의미하는 용어입니다. 울트라 커패시터, 전기 이중층 커패시터로 불리기도 하는데 우리에게 그나마 친숙한 쪽은 슈퍼 커패시터가 되겠습니다. 물론 커패시터가 콘덴서라고 불리는 것처럼, 슈퍼 커패시터도 슈퍼 콘덴서라 불러도 무방합니다. 과거에는 콘덴서라고 불렸으나 최근에는 커패시터로 부르고 있다고 하네요.

 

커패시터의 종류

커패시터의 종류

커패시터의 종류는 다양해서 전해 커패시터, 필름 커패시터, 세라믹 커패시터, 적층세라믹커패시터, 필름커패시터가 있습니다.

전해 커패시터는 음극전해질에 금속 양극이 들어있는데 고용량으로 만들기 용이한 장점이 있어 고전압 파워에 들어갑니다.

알루미늄 전해 커패시터는 가장 흔한 커패시터로 메인보드, 파워서플라이, 일회용 카메라 등에 사용됩니다.

폴리머 전해로 이루어진 커패시터도 있는데 이쪽의 경우 메인보드에서는 자주 사용되나 가격이 비싸고 부피가 큰 탓에 파워서플라이에서는 선호되지 않는다고 합니다.

세라믹 커패시터의 경우 절연체로 세라믹이 사용되다 보니 부피 대비 용량이 높습니다. 전극에 극성이 없는 데다 온도 특성, 고주파에 특성을 가지고 있어 고압송전선이나 노이즈 제거용으로 사용되고 있습니다. 

적층 세라믹 커패시터는 어쩌면 약자로 익숙할 수 있겠는데, MLCC가 바로 적층 세라믹 커패시터의 약자입니다. 보통 휴대폰이나 가전제품과 전자제품에 사용되는데 최근 들어 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 저는 MLCC 하면 삼성전기가 바로 떠오르네요.

적층 커패시터는 소형임에도 높은 용량으로 만들 수 있으며, ESR, ESL값이 작아 특성이 좋습니다.

다만 비싸다는 것이 단점인데, 전장향 MLCC는 더더욱 가격이 올라갑니다. 또한 고장 나면 쇼트가 나버리는데 용량에 맞는 콘덴서를 사용하는 것이 중요하다고 합니다.

필름 커패시터의 경우 폴리프로필렌과 같은 필름 유전체를 알루미늄과 구리와 같은 전극 사이에 넣고 감아서 만든 커패시터인데 저주파 특성과 고주파 특성이 양호하여 주로 오디오 회로에 사용됩니다.

 

슈퍼 커패시터의 장점

리튬 이온 배터리에 비해 전력밀도가 높습니다.

또한 충방전 횟수가 많아 수명이 길다는 것, 고속 충방전이 가능하며 특히 조언에서 성능 저하가 낮다는 장점이 있습니다.

 

그렇다면 단점은?

전력밀도가 높으나 에너지 밀도는 배터리에 비해 떨어지며 이로 인해 에너지양 대비 가격이 비싸다는 단점이 존재합니다.

 

최근에는 슈퍼커패시터가 적용된 전자담배도 나왔습니다.

주로 사용되는 분야는 반도체와 디스플레이, ESS, 연료전지의 보조, 태양열과 풍력 발전기 등 다양하게 사용되지만 기본적으로는 높은 수명과 고출력이 필요한 분야에 적용됩니다. 

위 이미지는 최근 2차전지 대신 슈퍼 커패시터가 적용된 전자담배인 닷스틱 레보입니다. 역시 슈퍼 커패시터의 장점인 빠른 충전과 닷모드 특유의 디자인을 어필하여 야심 차게 출시했으나 안정성의 이슈로 현재 리콜 중이라고 합니다. 

이렇게 슈퍼 커패시터에 대해 관심도가 증가하면서 정말 다양한 분야에서 도입을 시도하거나 단점을 보완하기 위해 연구 개발에 매진하고 있는데, 슈퍼 커패시터가 배터리 시장에 새로운 강자로 자리매김할지 기대가 됩니다.

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