금세 방전되는 배터리는 No! 획기적인 기술 ‘슈퍼 커패시터’ [지식용어]

[시선뉴스 김태웅] 시계, 리모콘에서부터 스마트폰까지. 배터리는 다양한 모양으로 여러 가전제품에서 빠질 수 없는 요소로 사용되고 있다. 그러나 배터리 사용시간과 충전시간 등 아직까지 해결되지 않은 불편함이 존재하는데, 최근 이런 배터리 문제들을 획기적으로 해결할 수 있는 기술 '슈퍼 커패시터'가 화제다.

슈퍼 커패시터란 콘덴서(condenser)라고도 불리는 전기회로 소자, 커패시터(capacitor)와 영어단어 슈퍼(super)가 합쳐진 단어로 두 전극 사이에 유전체를 끼워 만들어진 커패시터의 전기 용량 성능을 중점적으로 강화한 것을 말한다. 

커패시터는 전기회로 소자(축전기)를 의미하는 부품으로 전기를 모아 두었다가 방출하는 성질이 있어 일반적으로 카메라용 플래시 등에 자주 쓰인다. 기존의 일반 커패시터는 리튬이온의 화학적 반응을 통해 충전/방전하는 방식인데, 슈퍼 커패시터는 탄소 소재의 활성탄에 붙는 전자의 물리적 흡, 탈착을 이용해 충전/방전하는 방식으로 기존의 커패시터에 비해 에너지 밀도(충전량)는 적지만 순간적으로 5배 정도의 고출력을 낼 수 있다는 장점이 있다.

또한 충전 속도가 월등히 빠르고 저장 용량이 많기 때문에 슈퍼 커패시터는 현재 2차 전지의 성능을 보완하는 장치에 사용되거나 혹은 시동을 걸거나 급가속 등 순간적으로 고출력을 필요로 할 때 사용되고 있다. 예를 들면 단시간에 많은 양의 충전이 필요한 하이브리드 자동차가 있다.

최근 전 세계 배터리 시장에서는 부피가 크지 않고 금속장치가 필요 없어 폐기물이 덜 발생하는 슈퍼 커패시터을 친환경 전기자동차와 신재생 에너지 분야 그리고 일반 가전제품에도 적용하기 위한 움직임이 이루어지고 있다.

한편 슈퍼 커패시터의 개발방법과 종류는 고정적이지 않고 매우 다양하다. 인도의 경우 한 연구팀이 유연한 플라스틱 시트에 하이브리드 나노 복합 재료를 뿌려 가볍고 효율적인 슈퍼 커패시터를 만드는 방법을 개발했다. 이 슈퍼 커패시터는 각종 장치 및 차량의 표준 배터리를 대체할 수 있을 정도로 성능에서도 뒤떨어지지 않았다.

한국의 인하대 연구팀은 지난 8월 전통 한지와 탄소 소재로 이뤄진 전기 에너지 저장장치, 즉 '섬유형 슈퍼커패시터' 개발에 성공했다. 이번에 개발한 슈퍼커패시터는 한지에 탄소 소재인 그래핀과 탄소나노튜브를 코팅해 금속 집 전체 없이도 전기가 통하도록 하는 원리다. 또한 내구성이 뛰어나고 충‧방전 시간 역시 기존 저장 장치보다 빨라 각종 직물을 기반으로 하는 웨어러블 센서에 전력원으로 활용될 것으로 기대하고 있다. 이뿐 아니라 대량생산, 상업화 가능성도 높아 스마트 의류나 착용 기술의 상용화를 앞당길 것으로 보인다.

국내는 물론 전 세계에서도 환경문제는 현실로 다가왔다. 폐기물을 줄이고 에너지를 효율적으로 사용하도록 만드는 새로운 배터리 기술 슈퍼 커패시터. 과학기술을 친환경적인 용도로 사용하여 인류도 자연도 웃을 수 있길 바란다.