2차 전지보다 100배 이상 고출력 발휘
영하 40도 극저온서도 정상적으로 작동

우주항공용·UPS용·전력저장용 등
차세대전지 전 산업분야 사용 전망

LS전선, 3.0V EDLC 에너지밀도 높아
부피 팽창문제 해결로 성능 뛰어나

LS전선은 차세대 에너지 저장장치로 불리는 3.0V 3,000F(패럿) EDLC와 2.5V 5,500F의 하이브리드 초고용량커패시터를 올해 연말 상용화시키고 내년부터는 본격적인 양산체제에 돌입한다. 이같은 사실은 지난달 29일과 30일 양일간 기술표준원에서 열린 ‘초고용량커패시터 기술 및 표준화 동향 세미나’에서 LS전선 전자부품사업부 이희영 부장이 ‘울트라커패시터의 새로운 동향’이라는 주제발표를 통해 밝혀졌다.

지난해 10월 파워시스템사의 나노게이트 커패시터가 3.5V의 880F 사양임을 감안하면 LS전선의 이번 제품개발은 세계적으로도 획기적인 제품이다.

초고용량커패시터는 전기이중층 커패시터로 불리고 있다. 기존 커패시턴스는 주로 정보통신기기 및 각종 전기전자제품에 사용되는 기초부품으로 전기의 충전과 방전기능을 이용해 회로 내 전기흐름의 안정화 기능을 담당했다.

그러나 최근 개발된 초고용량커패시턴스는 고용량화에 따라 가전 및 정보통신기기의 메모리 백업용으로 사용되기 시작해 기존 2차 전지(배터리)등과 병용하거나 대체할 정도로 활용도를 넓혀가고 있다.

특히 2,000F이상의 초고용량제품은 하이브리드자동차(수소연료전지 차량)나 풍력발전기 등의 전원으로도 사용할 수 있어 미래 새로운 에너지원으로 부각되고 있다.

이희영 부장은 “커패시턴스의 에너지밀도를 높이는 방법에는 두 가지가 있다”며 “하나는 전압을 높이기 위해 새로운 전해질 시스템을 개발하는 것이고 또 다른 하나는 정전용량이 큰 전극재료를 채택하는 것”이라고 밝혔다.

이 부장은 “지난해 10월 시장출시를 발표한 파워시스템사의 나노게이트 커패시터가 에너지밀도 15Wh/kg, 정격전압 3.5V 사양을 가지는 점은 우수하지만 부피팽창 문제를 해결하지 못했다”며 “LS전선이 연말에 선보일 3.0V EDLC의 경우 부피당, 무게당 에너지밀도를 기존제품보다 14~15% 이상 증대시켜 현재 12만 싸이클 이상의 성능을 구현하고 최대 50만 싸이클도 무난히 만족할 것”이라며 성능에 자신감을 나타냈다.

또 2.5V 하이브리드 울트라커패시터의 경우 부피당 에너지 밀도를 45% 이상 증가시키고 현재 4만 싸이클 이상의 성능을 구현하며 최대 10만 싸이클도 만족할 것으로 예상하고 있다.
이 부장은 “Ultracapacitor는 2차 전지와 비교해 100배 이상의 고출력을 발휘한다는 점과 최대 50만회 이상의 충방전 능력을 가져 2차전지의 1천회 정도의 충방전 능력을 훨씬 상회한다는 점이 가장 큰 특짹이며 “특히 영하 40도의 극저온에서도 정상적으로 작동되는 등 다양한 기술적 우수성을 가지고 있어 수소연료전지 자동차와 풍력발전소 전원으로 사용 가능성이 높아 에너지밀도를 높이기 위한 기술개발에 더욱 매진하고 있다”고 말했다.

지난해 5월 처음 발표한 LS전선의 울트라커패시터는 2,8V의 높은 전압을 구현하면서도 수명가속시험(용량, 내부저항)이나 충방전 수명시험, 누설전류 측정에서 모두 우수한 성능을 구현하며 제품 신뢰성에서도 타사와의 차별성으로 제품성능을 부각시켰다.

이번에 발표한 3.0V 3,000F(패럿) EDLC(Electric double layer capacitor)와 2.5V 5,500F의 하이브리드 초고용량커패시터는 이전보다 월등한 에너지밀도와 성능을 갖추고 있어 향후 시장에서 어떤 반향을 불러 모을지 귀추가 주목되고 있다.

전 세계 초고용량커패시터 시장은 2001년 5000만불, 2004년 1억3000만불에 머물렸지만 이후 자동차와 철도 중장비 등으로 사용대상이 확대돼 2008년 4억8천만불, 2012년에는 12억만불 규모로 성장할 것으로 예상된다.

기술표준원이 주최한 ‘초고용량커패시터 기술 및 표준화 동향 세미나’는 29일과 30일 양일간 진행됐으며 총 150여명 이상의 전지개발 연구자들과 관계자들이 참석했다.

세미나를 주최한 산자부 기술표준원 디지털표준과 김재우 과장은 “이번 세미나는 초고용량커패시터, 전기전자기기용 커패시터 및 저항기 국제표준을 토의하는 IEC TC 40(국제 전기 표준회의)의 2006년 제주총회 기간(5월 31일~6월 2일)에 앞서 준비했다”며 “국제회의에 참석하는 국내외 연구진들의 상호기술교류와 협력을 목적으로 마련한 이번 행사에 산학연 관계자분들이 많이 참석했기에 성황리에 세미나를 마칠 수 있었다”고 말했다.

최근 과학기술분야에 대한 국제표준에 대한 중요성이 강조되는 시점에서 IEC TC 40 국제표준회의는 미국을 비롯해 일본, 영국, 핀란드, 네델란드 등 전 세계 10개국에서 총 40여명의 전문가들이 참여해 새로운 기술의 초고용량커패시터 및 저항기 등의 국제표준에 대한 제정과 개정을 논의했다.