생각하는 공대생

슈도커패시터(Pseudocapacitor) 슈도커패시터(Pseudocapacitor)란 유사커패시터라고도하며 정전기적(electrostatic)인 이온의 흡탈착만을 사용하는 전기이중층커패시터(EDLC)와는 달리 전기화학적인(electrochemical) 산화환원 반응(redox reaction)을 수반한 커패시터이다. Pseudocapacitance는 1970년대 Ruthenium(IV) oxide (RuO2) 전극을 연구하면서 발견되었다. 기존의 정전기적 대전만을 이용하여 에너지를 저장하는 커패시터와 달리 전해질 속에 들어있는 양성자(H+)가 전극표면에서 전기화학적 반응으로 electron charge transfer을 유도하여 충방전이 일어났던 것이다. 이러한 현상은 기존의 커패시터보다는 배터리와 더..

전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor) Electric Double Layer(전기이중층)이란, 1800년대 헬름홀츠(Helmholtz)가 정립한 이론으로 본래는 대전된 물체를 전해질속에 넣었을 때 표면에서 이온들이 어떻게 분포되는지를 시각화하기위한 모델이다. 헬름홀츠는 대전된 금속판이 전해질용액 속에 있을 때 전해질속에 존재하는 이온들이 전하를 전기적 중성으로 만들기위해 배열되며 표면에 일렬로 기존의 전해질 층과 구분되는 하나의 평면을 형성하는 것을 발견하였다. 이에 따라 전극 표면에 존재하는 ① 분극된 전해질 용매분자로 이루어진 전하층과 ② 전해질 이온 전하층의 두 층을 헬름홀츠 전기 이중층이라고 명명하였다. 각각의 층 사이에는 자유전하가 없기 때문에 커패시터의..

축전기(capacitor)의 정의와 원리 전하를 띤 도체는 주변에 자기장을 형성하고, 여기에 다른 전하가 접근하면 전기력을 받아 가속된다. 이에따라 대전된 도체들은 전기력에 의해 생성된 퍼텐셜 에너지를 갖게 된다. 축전기 또는 커패시터(capacitor)란 이러한 원리를 이용하여 전하를 저장하는 장치로써, 일반적으로 두개의 극판(conductive plate)이 있고 그 사이에 유전체(dielectric)가 들어있는 구조로 되어있다. 여기서 유전체란 전하는 통과시키지 않지만 전기적으로 대전될 수 있는 물질을 말한다. 축전기를 전지나 외부 에너지 공급장치에 연결하여 전하를 저장하는 것을 충전(charge)이라고 한다. 충전의 두 극판사이의 전압이 전지의 전압과 같아질 때까지 일어난다. 시간이 지나 평형을 ..

일차전지 (primary cell) 1차전지는 2차전지와 달리 한번 사용하면 전기적 재충전이 불가능하여 버리는 전지이다.일반적으로 비가역적인 전기화학반응이 진행되며 대표적으로 볼타 전지가 있다. 두개의 서로 다른금속, 예를들면 아연전극과 구리전극을 묽은 황산 전해액에 담그고 연결하면 전위차가 발생한다. 이때 용액에 녹아들어간 아연은 양이온이 되므로 아연전극은 음전하를 띄게 된다. 또한 수소이온이 음극이 된 아연과 반발하여 구리전극에 모여 전자를 받아 수소기체가 되어 날아가고, 이는 구리전극을 양전하를 띠게 만든다. 이러한 과정을 통해 아연전극에서 구리전극으로 전자가 이동하게되고, 전류는 구리전극에서 아연전극으로 흐르게 된다. 그러나 화학반응이 모두 끝나게 되면, 전지는 수명을 다하며 쓸모없게 된다. 즉 ..

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-..