슈퍼커패시터와 배터리

슈퍼커패시터 vs 배터리

배터리와 슈퍼캐패시터 모두 전기화학적인 반응(electrochemical reaction)을 이용한 에너지 저장장치이다.

하지만 에너지를 저장할 때 사용되는 전기화학적 메카니즘이 달라서 에너지, 전력 밀도에 차이가 있다. 기존의 일반적인 커패시터(capacitor)는 ragone plot이라 부르는 위쪽 그래프에서 좌측 상단에 위치해 있다. 전력밀도(power density)는 높은반면 에너지밀도(energy density)는 상당히 낮은데, 이는 한번에 높은 전력을 출력 할 수 있지만 커패시터의 특성상 충방전 시간이 너무 빨라 실제로 저장하는 에너지는 적다는 뜻이다.

휴대폰이나 태블릿등 우리가 가장 흔하게 사용하는 배터리(battery)인 리튬이온 배터리는 Li+ 이온의 산화-환원 반응(redox reaction)을 통해서 전기가 생성되는 방식을 가지고 있다. 배터리는 전력밀도 자체는 커패시터보다 낮지만 화학적인 반응을 수반하기 때문에 천천히, 긴 시간동안 전력을 충방전하여 저장할 수 있는 에너지가 상대적으로 많아 에너지 밀도가 높다. 이는 현재까지는 배터리가 에너지 저장소자장치로 주로 쓰이는 이유이다.

슈퍼커패시터(supercapacitor)는 기존의 커패시터와 배터리의 중간지점에 위치해 있다. 즉 평범한 커패시터에 비해 많은 양의 에너지를 저장할 수 있으면서 동시에 배터리보다 훨씬 높은 출력을 낼 수 있어 차세대 에너지 저장장치의 핵심요소로 각광받고 있다. 슈퍼커패시터는 전해질의 이온이 전극 표면에 흡착(adsorption)하고 탈착(desorption)되는 과정 이나 표면화학반응을 통해서 충방전이 진행된다. 

이온의 흡·탈착에 의한 슈퍼커패시터를 전기 이중층 커패시터 (EDLC : Electrical Double Layer Capacitor)이라고하며 표면화학반응을 수반한 슈퍼커패시터는 유사 커패시터 (Pseudocapacitor)이라고 한다. 또한 이들의 특성을 비대칭 전극을 사용하여 적당히 혼합한 hybrid supercapacitor가 있다.

다음은 슈퍼커패시터와 배터리의 중요한 차이점을 표로 정리한 것이다.