초고용량 커패시터*

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모범답안(초고용량 커패시터)

초고용량 커패시터

❗초고용량 커패시터란 무엇일까요?

• 초고용량 커패시터는 콘덴서 또는 전해액 커패시터에 비해 월등히 많은 용량을 가지는 에너지 저장 디바이스를 나타내는 용어로 슈퍼커패시터 또는 울트라 커패시터라 한다

• 초고용량 커패시터는 많은 에너지를 모아두었다가 수십 초 또는 수분 동안에 높은 에너지를 발산하는 동력원으로 기존이 콘덴서와 이차 전지가 수용하지 못하는 성능 특성 영역을 채울수 있는 유용한 부품이다.

• 자동차 수명과 같은 사이클 라이프와 고출력 특성으로 인하여 자동차의 가속, 시동용 전원으로서의 연구가 일본을 중심으로 많은 연구가 진행되고 있다.

ESS에서 초고용량 커패시터의 역할

에너지저장장치(ESS)는 생산된 전기를 저장하여 필요할 때 사용하는 시스템입니다. 이러한 ESS 시스템에서 초고용량 커패시터는 다음과 같은 중요한 역할을 수행합니다.

• 순간적인 고출력 공급: 초고용량 커패시터는 매우 빠른 속도로 충전과 방전이 가능하여, 순간적으로 많은 양의 전력이 필요한 경우에 유용합니다. 예를 들어, 전력 시스템의 안정화를 위한 주파수 조정이나 전기자동차의 가속 시 필요한 급격한 전력 공급 등에 활용됩니다.
• 배터리 수명 연장: 초고용량 커패시터를 배터리와 함께 사용하면 배터리의 충방전 횟수를 줄여 수명을 연장할 수 있습니다. 배터리는 잦은 충방전으로 인해 성능이 저하되는데, 초고용량 커패시터가 순간적인 전력 수요를 담당하여 배터리의 부담을 줄여줍니다.
• 시스템 안정성 향상: 초고용량 커패시터는 빠른 응답 속도를 통해 전력 시스템의 안정성을 향상시킵니다. 예를 들어, 전력망의 불안정한 상황에서 초고용량 커패시터가 빠르게 반응하여 전력을 공급하거나 흡수함으로써 시스템의 균형을 유지합니다.

1️⃣구성 및 원리

2️⃣종류

	활성탄소	금속산화물	전도성고분자
종류	활성탄 카본에어로젤 CNT	RuO2,Ni(OH)2 MnO2,PbO2	Poly-(aromatics) Supramolecules
전해질	수용성 : 1	수용성	수용성 : 1
작동전압	1~3/ 0.8~5	1~2	비수용성 : 3
비에너지	비수용성 : 3	0.8~2	3~15
비출력	2~10/ 0.5~3	<10	4
비표면적	1500~3000	90~150	–
비정전용량	100~200 40~80	300~760	400~500
메커니즘	전기이중층 전하흡착	Pseudocapacitance
상대비용	Medium~High	Low~VeryHigh	Low

3️⃣특징

• 과충전/과방전을 일으키지 않기 때문에 전기회로가 단순화되고, 가격을 인하하는 요인을 제공한다

• 전압으로부터 잔류용량의 파악이 가능하다

• 광범위의 내구온도특성을 나타낸다

• 친환경적 재료로 구성되어 있다.

초고용량 커패시터의 장단점

• 장점:
  • 빠른 충방전: 매우 빠른 속도로 충전과 방전이 가능합니다.
  • 긴 수명: 수십만 번의 충방전이 가능하여 수명이 길고, 자기 방전률이 낮습니다.
  • 높은 출력: 순간적으로 높은 전력을 공급할 수 있습니다.
  • 넓은 온도 범위: 넓은 온도 범위에서 안정적으로 작동합니다.
• 단점:
  • 낮은 에너지 밀도: 같은 부피의 배터리에 비해 저장할 수 있는 에너지량이 적습니다.
  • 높은 가격: 아직 대량 생산 체제가 구축되지 않아 가격이 비쌉니다.

4️⃣초고용량 커패시터의 활용 분야

• 전력 시스템: 주파수 조정, 전압 안정화, 블랙 스타트 등
• 재생에너지 시스템: 태양광, 풍력 발전 시스템의 출력 변동 완화
• 전기자동차: 가속 시 필요한 순간적인 고출력 공급
• 산업용 기기: 전력 변동이 심한 산업 현장에서의 전력 안정화
• 철도: 전력 공급의 안정성 확보

종류	용도
소용량(1[MW]이하)	휴대전화의 메모리 백업용 전원 가전기기(냉장고,에어컨 등0의 메모리 백업용 전원 고정전화, 복사기의 메모리 백업용 전원
중용량(1~100[MW]급)	PC, 전자수첩 등의 보조전원 휴대전화의 전원모듈 TV, 복사기 등의 순시정전 전원
대용량(1,000[MW]급 이상)	하이브리드 전기승용차용 전원 연료전지 자동차용 보조전원 비상용 전원

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💯기출문제

●K21ESS의 초고용량 커패시터

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