1990년대 초부터 미국을 비롯한 기술선진국들은 각종 휴대용 전자기기의 급속한 보급과 함께 배터리 사용과 관련하여 신형 2차전지(Secondary battery), 초고용량 캐페시터(Capacitor) 등 조기 실용화가 가능한 고밀도 에너지 저장 기술의 개발에 뜨거운 관심을 보여 왔다. 이러한 고밀도 에너지 저장기기들은 세계 각국 정부의 연구개발비 지원과 대기업들의 집중투자에 힘입어 많은 발전을 이룩하게 되었으며, 최근에는 초고용량의 캐페시터와 2차전지를 조합하여 사용하는 전기화학적 에너지 저장 시스템인 고출력 전기화학 축전기(Cappattery)의 보급으로 실용화되기에 이르렀다. KIER는 하이브리드 전기자동차의 동력원으로서 기존 배터리 사용 하이브리드 자동차의 성능 향상을 목적으로 차세대형 고출력 전기화학 축전기의 개발에 착수했으며, 2001년 1월부터 기본연구사업으로 3년 간 차세대형 고출력 전기화학 축전기 개발 연구를 수행했다. 연구과제 시작 후 2년 만인 2002년 12월에는 국내에서 최초이면서 세계적으로는 러시아에 이어 두번째로 비대칭전극을 사용하는 대용량의 고출력 전기화학 축전기를 개발했다. 전기화학 축전기는 대전류 충방전이 가능하며 수명이 반영구적인 장점이 있어 차세대 에너지 저장장치로 각광받고 있다. 기존의 축전기 연구는 활성탄소를 사용하는 전기이중층 축전기가 주로 개발되었지만 수용성 전해액을 사용하는 전기이중층 축전기의 경우 작동전압이 1V로 낮다는 단점이 있었다. KIER에서 개발된 전기화학 축전기는 발화위험성이 없고 환경 친화적인 수용성전해질을 사용하면서도 작동전압을 1.6V까지 높여 기존의 수용성 축전기에 비하여 단위무게당 에너지밀도를 3배 이상 향상시켰으며, 상용화된 러시아 제품보다 2배 정도의 우수한 성능을 나타냈다. 양극과 음극 모두 활성탄소인 기존 축전기와 달리 양극으로 고용량의 금속산화물을 사용하는 비대칭 전극 및 셀 제조기술을 개발하여 얻은 결과였다. 전기화학 축전기는 2차전지와 콘덴서의 중간적인 특성을 가지는 에너지 저장장치이다. 2차전지는 에너지밀도는 높지만 출력밀도가 낮고 충방전 시간이 길며, 콘덴서는 충방전 시간이 짧고 출력밀도가 높은 반면에 에너지밀도는 매우 낮다. 이와 비교하여 전기화학 축전기는 2차전지에 비해 충전 시간이 짧고 수명이 길며 고출력이 가능하므로 2차전지의 단점을 보완할 수 있다. 또한 콘덴서보다 높은 에너지밀도는 상대적으로 장시간의 방전을 가능하게 한다. 고출력 전기화학 축전기는 2차전지가 갖지 못하는 순간 대전류충방전 능력의 장점으로 인하여 선진 각국에서는 국가 차원의 지원을 통해 연구개발이 이루어지고 있다. 개발된 제품은 소형제품의 경우 전자기기의 메모리 백업용으로 사용되고 있으며 중대형제품은 UPS 및 저공해 전기자동차(HEV/FCEV)에 적용되고 있다. 하이브리드 전기자동차에 기존의 2차전지를 사용하게 되면 출력특성이 낮아 순간 가속과 제동 시 방전과 충전하는 전류의 크기에 한계가 있어 에너지효율이 떨어지며, 반복적인 급속 충방전에 의하여 전지성능이 저하되어 약 5년마다 전지의 교체가 필요하다는 단점이 있다. 이 같은 2차전지의 단점을 보완하기 위해 전기화학 축전기를사용하게 되면 대전류 급속 충방전을 담당하게 돼 에너지효율을 향상시키고 2차전지의 과부하를 줄여 전지 자체의 수명을 연장시킬 수 있다. 뿐만 아니라 하이브리드 전기자동차의 제어장치를 고출력 전기화학 축전기의 특성에 맞게 개발하면 폐차시까지 축전기를 교체하지 않고 기존의 2차전지를 완전 대체할 수가 있게 된다. KIER는 2003년에는 (2002년에 개발된) 1.6V/4000F급 전기화학 축전기 224개를 직렬로 연결하여 50kW급 전기화학 축전기 뱅크를 구성하고 하이브리드 전기자동차에 탑재하여 주행시험을 수행하였다. 그 결과 전지의 전류 부담을 평균 50% 경감시켰으며, 3%의 연비향상과 배가스절감 효과(CO:9.5%, NOx:44%, CO2:2.9%)가 있음을 실증 확인하였다. 본 연구를 통하여 차세대형 고출력 축전기 기술이 확보되었으며, 이는 풍력발전 시스템, 태양광발전 시스템뿐만 아니라 향후 차세대 연료전지 자동차에도 반드시 필요한 에너지 저장장치로서 파급효과가 클 것으로 기대된다. KIER는 미래형 에너지 저장기술로서 고출력, 고효율, 친환경 전기화학 축전기 신기술의 지속적인 개발 및 하이브리드 차량적용 실증시범을 통하여 신에너지 저장 기술의 실용화 보급을 촉진하고 있다. 본 메일은 발신전용메일로 메일수신을 동의하셨기에 기재해 주신 이메일 주소로 발송되었습니다. 한국에너지기술연구원에서 드리는 각종 정보의 메일 수신을 원치 않으시면 [수신거부]를 눌러 회원 개인정보를 변경해 주시기 바랍니다. If you do not want this type of information or email, please click here 기타 문의 사항은 한국에너지기술연구원 웹사이트의 [ 참여마당> 묻고 답하기 ] 메뉴를 이용하여 주시기 바랍니다.