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슈퍼커패시터(Supercapacitor)기술 및 정보분석

슈퍼커패시터-내지(최종) 2013.11.26 03:50 PM 페이지1 001 PDF변환목록

슈퍼커패시터 (Supercapacitor)기술 및 정보분석

2013년 10월 30일 인쇄

2013년 11월 1일 발행

발 행 인 | 박 서

지 은 이 | 박종규·배 철

펴 낸 곳 | 한국과학기술정보연구원 정보분석연구소

주 소 | (분원)서울특별시 동대문구 회기로 66

주 소 | (본원)대전광역시 유성구 대학로 245

전 화 | 02-3299-6226

팩 스 | 02-3299-6117

ISBN | 978-89-294-0360-7 93560

이 책은 저작권법에 따라 보호받는 저작물이므로 무단전재와 무단복제를 금지하며,이 책 내용의 전부 또는 일부를 이용하려면 반드시 저작권자와 한국과학기술정보연구원의서면동의를 받아야 합니다.

이 의 내용은 필자의 견해이며, 한국과학기술정보연구원의 공식적인 의견이 아님을 밝힘니다.


목 차

슈퍼커패시터기술동향 05

로벌연구개발동향 25

기술의유망성과시장전망 39

논문및특허정보분석 49

해결과제및향후전망 71

참고문헌 76


슈퍼커패시터 기술동향슈퍼커패시터(Supercapacitor)

기술 및 정보분석


슈퍼커패시터기술동향

기술의유래

우리말로 축전기라고 불리는 커패시터(capacitor)는“전기 에너지를 축

적(저장)할 수 있는 소자”를 말한다. 커패시터는 <그림 1>과 같이 기본

적으로 두장의 판으로 구성한 전극을 서로 마주보는 구조로 구성한다.

<그림 1>의 구조에 두 개의 전극에 +, -로 구성하는 직류전압이 흐르

면, 각 전극에 전하가 모여 저장된다. 이때 전하의 저장 중에는 전류가

흐르지만, 저장된 상태에서는 전류가 흐르지 않는다.

커패시터는 전하를 모아 전기에너지를 저장하는 역할 이외에도 직류


그림 1 기본적인 커패시터의 구조

자료. MCNET, 슈퍼커패시터, 한국과학기술정보연구원


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전압이 커패시터에 걸렸을 때 순간적으로 전류가 커패시터에 흐르지만,

이 순간이 지나면 직류가 흐르지 않아 직류를 통과하지 못하는 기능을

갖는다. 이러한 직류를 통과시키지 못하는 기능을 이용하여 전자회로에

서는 직류 차단 소자로 사용한다. 교류의 경우에는 직류와 달리 + 극성

과 - 극성이 계속해서 바뀌어 전류가 계속해서 흐르는 효과를 가지는

교차 전류가 흘러 직류와 같은 직류 차단 효과는 없다.

커패시터는 두 전극판 사이에 절연체를 넣어 제조한다. 이때 절연체의

재질에 따라 여러 종류의 커패시터가 제작될 수 있으며 아무것도 삽입

하지 않고 공기를 유전체로 하는 커패시터도 있다.

최근에는 나노구조를 커패시터에 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행

되어 전도성 고체 전극과 전해질 사이의 계면에서 극성을 가진 액체의

이온 상태로서 탄소 나노튜브를 적용하는 노력이 지속되고 있다. 또한

경제성이 뛰어난 고출력, 고에너지 도를 가진 EDLC 기술 개발도 진

행하고 있다. 이들 연구개발이 완료될 경우 커패시터의 용량을 키울 수

있을 것으로 전망한다.

커패시터의 용량을 나타내는 단위는 패럿(F)이 사용된다. 일반적으로

커패시터에 축적되는 전하용량은 매우 작기 때문에, μF이나 pF의 단위

가 사용되지만 최근에는 슈퍼커패시터로 인해 F 단위로 용량을 표기하

는 경우도 생겨났다.

슈퍼커패시터(Super capacitor)는 축전 용량이 매우 큰 커패시터로서

울트라 커패시터(Ultra capacitor)라고도 하며 초고용량 커패시터라고

한다. 학술적인 용어로는 기존의 정전기식(electrostatic) 또는 전해질식

(electrolytic)과 구분해 전기화학식 커패시터(electrochemical capacitor)

라고 불린다. 국내에서는 2004년 국가 산업기술 분류체계가 개편되면

서 슈퍼커패시터를 초고용량 커패시터로 규정한 바 있다.

슈퍼커패시터는 1980년대부터 상용화되기 시작하여 비교적 개발 역

사는 짧지만 전통적으로 사용되어 왔던 활성탄을 포함한 금속산화물,

전도성고분자 등의 신규 전극재료와 비대칭 전극을 사용하는 하이브리

드 기술의 개발로 인해 발전 속도는 매우 빠르다. 최근에 발표된 제품



은 에너지 도가 Ni-MH 배터리를 넘어서는 것도 있어 일본에서는 이

러한 비약적인 기술의 발전을‘축전혁명’이라 일컫고 있다.

슈퍼커패시터 특징은 표면적이 큰 활성탄을 사용하고 유전체의 거리를

짧게 하여 소형으로 F 단위의 매우 큰 정전 용량을 얻을 수 있다. 또한

과충전과 과방전을 지속해도 배터리와 같이 수명에 향을 주는 일이

없을 뿐만 아니라, 친환경성이 뛰어나다. 전자 부품으로서 납땜으로 붙

일 수 있으므로 2차 전지와 같이 단락이나 접속 불안정이 일어나지 않

는다. 기본적으로 2차 전지는 전기 화학 반응을 이용하는데 비해 슈퍼

커패시터는 전하 자체를 물리적으로 축전하는 방법을 이용하고 있어

충·방전 시간의 조절이 가능하고, 긴 수명, 높은 에너지 도 등을 얻

을 수 있다.

구 트랜드분석

<그림 2>는 구 의 트렌드 분석(www.google.com/trends)을 활용한

것으로 2005년 이후 슈퍼커패시터에 대해 인터넷 검색을 통해 드러난

관심 정도의 변화를 시간에 따른 그래프로 표현한 것이며, 최대치인 C

지점에서의 관심을 100으로 두고 나머지를 정규화(normalize)하 다.

C 지점은 슈퍼커패시터를 이용해 20 - 30초 만에 이동전화 배터리를

충전한다는 내용이 언론에 보도된 시점으로 대중의 관심이 폭발적으로

증가한 시점이다.

그림 2 슈퍼커패시터의 시간 흐름에 따른 관심도 변화

C

B


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<그림 3>은 슈퍼커패시터에 대한 지역 관심도를 나타낸 것으로, 지도에

서 가장 높은 지점을 100으로 봤을 때 상대적인 검색량을 나타낸다. 선

진국보다는 중국, 인도 등의 관심도가 상대적으로 높으며, 특히 대한민국

의 관심도가 타 지역에 비해 3배 이상 높은 것으로 나타난다.

<그림 4>는 슈퍼커패시터와 관련한 최상위 검색어와 급상승하는 검색어

를 나타낸 것이다. 제조 물질 및 제조 공법과 관련한 graphene, carbon,

electrochemical 등이 연관 검색어로 다수 등장하고 있다.

그림 3 슈퍼커패시터의 지역 관심도

그림 4 슈퍼커패시터의 관련 검색어


원리및구조

슈퍼커패시터의 원리는 <그림 5>와 같이 활성탄 표면에 전하의 물리적

흡·탈착으로 에너지를 충전 또는 방전하는 원리로 순간적으로 많은 에

너지를 저장 후 높은 전류를 순간적 혹은 연속적으로 공급하는 고출력

동력원을 말한다. 슈퍼커패시터는 단위무게 당 비표면적을 증가시킨 활

성탄소(~3000m2/g)를 전극재료로 사용하여 비약적인 용량증가를 가

져왔다.

슈퍼커패시터의 기본구조는 <그림 6>과 같이 양극과 음극으로 구성하

는 다공성 전극(Electrode), 전해질(Electrolyte), 집전체(Current

collector), 분리막 또는 격리막(Separator)으로 이루어져 있다. 단위 셀

전극의 양단에 수 볼트의 전압을 가해 전해액 내의 이온들이 전기장을

따라 이동하여 전극표면에 흡착되어 발생되는 전기화학적 메커니즘으로

작동하게 된다. 슈퍼커패시터는 2차전지에 비하여 구조는 비교적 단순

한 형태로 구성한다.


그림 5 슈퍼커패시터 반응 원리

자료. http://nec-tokin.co.kr/


탄소 전극

탄소전극에서 단위 면적당 정전용량은 탄소전극의 전자 도와 전해질

이온의 종류에 따라 다른 특성을 보인다. 탄소전극의 단위 면적당 정전

용량은 탄소전극의 전자 도에 따라 다르다. 슈퍼커패시터의 전극용 탄

소재료로는 활성탄소분말, 활성탄소섬유, 유리질 탄소, 탄소 에어로젤

등이 있다. 전극의 형태는 매우 다양하며 탄소 전극을 제조할 때 전극

내부저항을 줄이는 것이 무엇보다 중요하다. 저항이 낮은 탄소전극의

제조방법으로는 전극 물질이 입상일 경우 압력을 가하여 입자간의 접촉

을 향상시킨 경우이거나 다른 형태와 병행하여 사용한다. 일반적으로

탄소 전극의 형태는 다음과 같이 5가지 종류로 구분한다.

바인더 형(Binder type)

바인더 형은 PTFE 등의 고분자 바인더를 이용하여 입자간의 접촉 특성을 개선시킨 방법으로 전극의 가공이 쉽다는 장점을 가지고 있다.

매트릭스 형(Matrix type)

매트릭스 형은 입상 활성탄을 폴리머 매트릭스(polymer matrix)와 혼합 후 폴리머를 탄화시켜 전극을 제조하는데 탄화 후 폴리머는 입자를 연결시키는 동시에 전극 활물질로 작용한다.

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그림 6 슈퍼커패시터의 기본적인 구조

자료. http://www.naver.com


모놀리스 형(Monolith type)

모놀리스 형은 탄소 에어로 젤, 탄소 폼 등과 같은 다공성 단일체로 연속적인탄소골격을 가지므로 전극 물질간의 접촉을 고려하지 않아도 되는 장점이 있다.

필름 형(Film type)

필름 형은 유리질 탄소와 같은 비다공성 탄소재료의 경우로 전극 내부에는 전해질이 존재하지 않고 단지 분리막이 전해질을 포함한다.

유리질

유리질 탄소는 유기 고분자로부터 만들어지는 단일체이므로 활성탄 전극에 비해 내부저항이 낮은 장점이 있다. 클로스 형(Cloth type)은 활성탄소섬유를 전극으로 사용하는 경우로 전극 제조방법이 쉽다는 장점은 있으나 비용이 높고,전극의 낮은 충진 도가 단점이다.

전해질

전해질은 수용성 전해질과 비수용성 전해질인 유기 전해질로 구분할

수가 있다. 수용성 전해질은 H2SO4, KOH, NaOH, KCl 등의 산, 염

기 또는 무기염을 사용할 수가 있으며, 전압범위는 전압 평형에 의존하

지만 대략 1.0V 정도이다. 수용성 전해질은 용액의 이온 전도도가 유

기 전해질의 경우보다 크므로 출력특성이 양호하며 제작이 용이하다는

장점이 있다.

반면에 유기용액(AN, EC, PC, DMC, DEC, etc)과 무기염류(리튬염,

4차 암모늄, 포스포늄 염 등)를 사용하는 비수용성 전해질인 유기 전해

질은 이온 전도도가 낮고 처리가 쉽지 않는 단점이 있지만, 3V 정도의

전압범위에서 사용이 가능하므로 에너지 측면에서는 수용성 전해질 보

다 큰 장점을 가진다.

분리막

분리막은 이온의 이동은 쉽게 하도록 하는 기능과 자기방전 특성이 적

으며, 사용전압 범위 내에서 전기ㆍ화학적으로 안정하며, 전해질 및 전

극물질과 화학적으로 반응하지 않는 PP 계열의 고분자 박막 또는 크라

프트지와 같은 전해지가 사용된다. 케이스 및 실링 문제는 사용하는 전



해질의 종류에 따라 선택이 가능하며 내부 전해액의 누액을 방지하는

것이 매우 중요하다. 특히 비수용계인 유기계 커패시터에서는 습기가

수명 및 용량에 큰 향을 미치게 되므로 외부의 습기나, 증기 상의 물

질들이 셀 내부로 침입하는 것을 완벽하게 차단해야 하는 구조로 이루

어져야 한다. 케이스의 재질은 사용하는 전해질에 대하여 내약품성을

가져야 하며, 경량재료를 사용해야 한다. 또한 케이스를 터미널로 사용

하고자 하는 경우에는 전위 안정성을 고려해야 한다. <그림 7>에 슈퍼

커패시터의 핵심 기술을 정리하 다.

슈퍼커패시터의분류

슈퍼커패시터는 사용되는 전극 및 작동원리에 따라 전기 이중층 커패

시터, 유사 커패시터, 하이브리드 커패시터 등 3가지 유형으로 구분된

다. <그림 8>에 슈퍼커패시터의 계층적 분류를 도식하 다.

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그림 7 슈퍼커패시터 핵심 기술

자료. 초고용량 커패시터의 기술 및 시장 트렌드 분석, 한국과학기술정보연구원, 2010.


전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitors, EDLCs)

전극과 전해질의 계면에서 형성되는 전기 이중층과 관련되는 것으로

두 개의 분극성 전극으로 이루어진다. 이 방식의 충전과 방전 원리는 <

그림 9>와 같이 전극-용액 계면에 전하가 배열된다.


그림 8 슈퍼커패시터의 계층적 분류

자료. 위키피디아

그림 9 전기 이중층 커패시터의 원리 (a) 충전, (b) 방전

자료. 슈퍼커패시터, MCTnet, 한국과학기술정보연구원


전기 이중층 슈퍼커패시터는 단위면적 당 전하 도와 전기 이중층 전

위는 유전율에 비례하고 거리에 반비례하며, 수은전극에 수소의 흡착에

의한 용량은 15~40㎌/cm2 정도이다.

유사 커패시터(Pseudo capacitors)

유사 커패시터는 전극 산화환원 반응에서 오는 유사용량(pseudo

capacitance)이 주요한 용량을 나타낸다. 유사 커패시터는 전기 이중

층 커패시터에 비해 축전용량이 3~4배 정도 크지만, 고가의 금속 산

화물을 전극활물질로 사용하는 것과 제조할 때 난이도와 높은 등가 직

렬 저항인 ESR(equivalent series resistance)이 존재하는 단점을 가

지고 있다.

하이브리드 커패시터(Hybrid Capacitors)

전기이중층 커패시터와 유사 커패시터의 반응을 혼합한 커패시터를 말

한다. 하이브리드 커패시터는 에너지 도를 전기 이중층보다 높일 수

있고, 활성탄소를 전극으로 사용하여 환경친화적이며, 충·방전이 쉽다

는 장점을 가진다. 그러나 충·방전 등의 특성들이 이상적이지 않을 뿐

만 아니라 비선형성으로 인해 보편화되지 못한 단점이 있다. 현재 하이

브리드 커패시터는 제조가 쉬운 전기이중층 커패시터가 주류를 이루고

있다.

하이브리드는 양극과 음극에 서로 다른 비대칭 전극을 사용한다. 한쪽

극은 고용량 특성의 전극재료를 사용하고, 반대 극은 고출력 특성 전극

재료를 사용하여 용량 특성을 개선한다. <그림 10>에 하이브리드 커패

시터의 개념을 나타내었다.

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전체 커패시터 용량은 1/C = 1/C+ + 1/C-로 주어지며, C- ≫ C+

이므로 전체 용량은 C+에 의하여 결정된다. 저전압-고용량 하이브리드

커패시터에서는 양극 소재를 용량이 큰 금속산화물을 주로 사용하여 단

위 중량 당 에너지 도를 향상시킬 수 있다.

하이브리드 커패시터는 슈퍼커패시터와 2차전지의 중간적인 특성을

가지며, 동작 전압은 전해질 및 전극재료의 특성에 향을 받게 되어

수용성에서는 약 2V, 비수용성인 유기성에서는 약 4.2V의 동작 전압

을 가진다. 한편 고전압-저용량형의 하이브리드 커패시터에서는 양극으

로 유전체를 사용하여 동작 전압을 결정하게 되고, 음극은 보다 큰 용

량의 전극을 사용함으로써 기존 커패시터와 슈퍼커패시터의 중간적인

특성을 나타내고 있다. 일반적으로 슈퍼커패시터의 동작 전압은 전해질

에 따라 결정되지만, 하이브리드 커패시터에서는 양극의 내전압이 하이

브리드 커패시터의 동작 전압이 되기 때문에 고전압화가 가능하다

이미 제품화된 전도성 고분자를 사용하여 슈퍼커패시터에 적용하는 것

으로 끝나지 않고 용량 및 수명 특성을 고려하여 새로운 고분자 합성

연구개발을 수행하고 있다. 슈퍼커패시터의 실제 응용에는 전압을 높여

서 사용하는 경우가 많다. 단위 셀을 직렬로 연결한 모듈로 구성하여

사용하는 것이 제조상의 편리성은 있지만, 케이스의 무게증가에 따른

모듈의 성능저하가 일어나게 되는 단점과 셀 간의 불균형에 따른 문제


그림 10 하이브리드 커패시터의 개념

자료. http://www.naver.com


점을 해결하고자 바이패스 회로를 부착하여 모듈을 제조하고 있다.

바이폴라 적층기술을 적용하여 단일 케이스로 모듈을 구성하게 되면

무게를 최소화시키므로 직렬연결보다 우수한 에너지 도와 출력 도

특성을 나타내는 장점이 있으나 전극간의 불균형, 봉(sealing) 문제

등의 어려움이 있다. 바이폴라 적층은 직렬 연결할 때 문제가 되는 연

결저항을 감소시킬 수가 있으므로 ESR의 감소에 따라 출력 특성의 저

하가 없다. 이에 따라, 단위 셀의 작동전압을 높이기 위하여 비대칭 전

극을 사용하는 새로운 개념인 하이브리드 커패시터를 개발하 다. 슈퍼

커패시터의 종류와 특징을 <표 1>에 정리하여 나타내었다.

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표 1 슈퍼커패시터의 종류와 특징

자료. 한국에너지기술연구원, 전자부품연구원 재구성 및 가공

특성슈퍼커패시터

전기이중층 의사 하이브리드

RUO2,

종류 활성탄(분말, 섬유), Ni(OH)2, Poly-(aromatics),탄소에어로젤 MnO2, Supramolecules

PbO2

전극 금속재료 산화물

전해질 수용성 비수용성 수용성 수용성 비수용성 수용성 비수용성

동작전압(V) >1 >3.3 >1 >1 >3 >1 >4.2

비에너지 1-3 2-10 0.8-2 3-15 2-7 8-15(Wh/kg)

비출력 0.8-5 0.5-3 <10 4 0.8-5 0.5-5(kW/kg)

비정전용량 100-200 40-80 300-760 400-500 100-200 40-80(F/g)

비표면적 1500-3000 90-150 - -(m2/g)

메커니즘 전기이중층, 전기이중층+산화환원 전기이중층+산화환원전하 흡착

비용 중-고 저 중-고

양극과 음극에비고 동일 전극 복합재 형태로도 사용함

활성탄,탄소에어로젤

전도성고분자

전극 하이브리드가일반적(탄소 전극+금속 산화물 전극)

탄소재료,금속산화물,전도성고분자,

유전체


적용기술분야

슈퍼커패시터는 화학반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계

면으로의 단순한 이온 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용한

다. 이에 따라 급속 충·방전이 가능하고 높은 충·방전 효율 및 반 구

적인 사이클 수명 특성으로 보조 배터리, 전기자동차의 배터리, 배터리

대체용 등으로 사용될 수 있는 차세대 에너지 저장장치로 각광받고 있다.

차세대 에너지 저장장치인 슈퍼커패시터는 대용량의 전기를 빠르게 저

장하고 사용할 수 있고, 2차 전지보다 100배 이상의 고출력이며 반

구적으로 사용할 수 있어 휴대전화, 디지털 카메라의 플래시, 하이브리

드 자동차 등 그 응용 분야가 매우 넓다. 슈퍼커패시터는 자동차 등에서

석유 사용을 대체할 수 있을 것으로 전망한다. 또한 이는 이산화탄소 배

출이 거의 없는 친환경 청정 대체에너지인 태양광, 풍력, 수소연료전지

등에서 생산한 에너지를 저장하는 중요한 저장장치로의 역할을 한다.

용도별 적용 분야

자동차 분야

슈퍼커패시터는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 또는 연료전지자동차(Fuel Cell Vehicle, FCV)등과 같은 차세대 친환경 차량 개발 분야에 에너지를 저장하는 장치로 사용할 수있어 효용성이 더욱 높아지고 있다. 현재 선진국에서는 HEV, FCV, 전력저장 시스템 및 효율적인 에너지 사용을 위해 국가 차원의 중추적 산업 분야로 지원하고있다. 앞으로 대형 슈퍼커패시터는 자동차에 주로 사용될 것으로 보인다.


그림 11 버스지붕에 설치한 슈퍼커패시터 모듈

자료. http://jcwinnie.biz


무정전 전원 공급 장치

반도체 제조업체들은 갑작스러운 정전으로 인한 피해를 최소화하기 위해 통상UPS(무정전 전원공급장치)를 설치하고 있다. 그러나 정전 순간부터 비상발전기또는 상시 전원으로 전력이 복구되는 시간까지 보통 1~30초 사이의 간격 때문에 피해가 발생할 수 있다. 이런 상황에서 슈퍼커패시터는 전력이 끊어질 위기에 순간적으로 높은 출력으로 전력을 연결시켜 주는 역할을 함으로써 정전으로인한 피해 발생을 해결해 줄 수 있다.

예비 전원

지하철에서는 일부 구간에서 지하철내 조명이 꺼지는 경우도 있고 난방이 일시중단되기도 한다. 이런 곳에서도 슈퍼커패시터를 이용한다면 저장된 전기에너지로 가선전압을 안정화시켜 안정적으로 전력을 공급할 수 있게 된다.

전자기기의 메모리 백업용

1980년대에 활성탄소재료의 고비표면적을 이용하는 소형 EDLC(ElectricalDouble Layer Capacitor)가 각종 전자기기의 메모리 백업용으로 상용화되었다.

고출력 펄스 전력 전원

최근의 슈퍼커패시터는 2차 전지에 비하여 충ㆍ방전 속도와 사이클 수명이 우수하기 때문에 2차 전지와 동시에 사용하거나 대체 사용이 가능한 에너지 저장장치로 이용되고 있다. 슈퍼커패시터는 SOC가 전압에 직접적으로 비례하는 전기에너지 저장장치로서 95% 이상의 효율로 차세대 고신뢰성 에너지 저장장치의 주요 기술이다. 또한, 고출력 펄스 파워 능력을 가지고, 소형경량의 고출력전기ㆍ화학적 에너지 저장장치로서 피크파워 부하 평준화용으로의 응용이 기대되며, 군사 용, 우주ㆍ항공용 및 의료용 등의 고부가 장비의 대출력 펄스 전력전원으로 사용된다.

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그림 12 슈퍼커패시터 기반 UPS

자료. http://www.rwpes.com


기타

슈퍼커패시터의 응용분야는 매우 넓다. 일반적으로 크기에 따른 응용 분야를살펴보면 소형 슈퍼커패시터는 가전제품, 휴대용 통신기기 메모리 백업, GSM휴대폰의 실시간 클록(RTC; Real Time Clock) 백업용 등 IT 및 유비쿼터스단말기 분야에 사용이 가능하다. 중형 크기의 슈퍼커패시터는 장난감, 자가 발전 시스템인 에너지 하비스팅, 하이브리드 자동차 보조 전원 등의 분야에 주로활용가능하다.

크기별 적용 분야

슈퍼커패시터의 크기별 적용 분야를 <표 2>에 정리하여 나타내었다.

소형 슈퍼커패시터는 전원을 차단할 때 전자기기의 메모리 백업용 전원

으로 사용되며, 중형과 대형 슈퍼커패시터는 하이브리드 전원시스템, 자

동차의 스타터용 전원, 배기가스 촉매 가열의 보조전원, HEV의 회생 전

원, 완구용 모터구동전지 대체용 전원으로 사용가능하다. 소형제품으로는

바이폴라 적층기술을 적용한 EDLC 제품이 시장에 출하되기 시작하고 있

다. 최근에는 소형보다는 중형과 대형 커패시터가 향후 시장을 이끌 것으

로 전망되고 있다.


표 2 슈퍼커패시터의 크기별 용도

자료. 슈퍼커패시터 최신기술 및 시장전망(2012, 10)을 이용하여 일부 가공

용도 초소형(<0.1F) 중형 (1F~100F) 대형(>100F) 및및 소형(<1F ) 초대형(<1000F)

전자기기, 클럭·메모리,메모리 MP3, 디지털 카메라, 산업용 기기 -

백업용전자 액자

가전기와 통신기기의 무정전전원장치전원 - 상시 기동 대기 전원, 수변전 설비스마트 미터

전압 변동 휴대전화 휴대전화용 전기자동차흡수용 자동차 전장품 하이브리드 자동차

태양광 발전용 태양 추적 도로 가로등 주택 태양광 발전전력 저장 시스템

하드디스크 드라이버구동, 오락기기,

모터, 모터 드라이버, - 전기자동차나 전동차량액추에이터용 펄스 전원, AMR, LED 철도 접속점 절체

플래시, DVD 드라이버,자동차 블랙박스

제품


배터리의특성비교

<표 3>에 납을 중심으로 한 1차 전지. 니켈 카드뮴을 중심으로 한 2차

전지, 슈퍼커패시터의 특성을 비교하여 나타냈다.

현재까지 가장 많이 사용하고 있는 납과 니켈카드뮴을 이용한 전지는

대용량의 에너지를 충전하는데 각각 5-10시간, 15분에서 8시간이 걸

려 짧은 시간에 충전할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 2차 전지는 또

한 충전 알고리즘에 의하여 전류원 충전에서 전압원 충전으로 제어를 해

야 한다. 또한 에너지의 방전에서도 20%의 얕은 방전을 해야 수명이 오

래가고 80%의 깊은 방전은 그 수명을 짧게 만든다는 단점을 가지고 있

다. 따라서 2차 전지는 수명이 길지 않고 장시간 사용을 위해 항상 충전

과 방전에 대한 관리해야 하며, 충전된 에너지를 100% 사용할 수 없는

에너지 효율상의 단점과 사용 후 처리문제로 인한 공해물질 배출의 문제

점을 가지고 있다.

현재 납축전지의 에너지 도는 40-45Wh/kg, 니켈카드뮴은 45-

53Wh/kg이고 슈퍼커패시터는 약 6Wh/kg으로 2차 전지에 비해 상당히

낮은 도를 가지고 있음을 알 수 있다. 이를 극복하기 위한 방법으로 전

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표 3 배터리의 전기 저장 장치별 비교

자료. MCNET, 슈퍼커패시터, 한국과학기술정보연구원

구 분 납 니켈카드뮴 슈퍼커패시터

출력 도(W/kg) 100-300 100-160 10-300

에너지 도 40-45 45-53 2-4(Wh/kg) (메모리 효과 존재) [15-40]

방전 심도(%) 50-70 80-100 94-100

사이클 수명 300-1000 300-500 10,000 -

충전 효율[%] < 82 < 0.72 < 0.95

잔량 계측 어려움(<30%) 어려움(<25%) 쉬움(<10%)

충전 시간 5-10시간 15분-8시간 3-30분

폐 정도 대형은 어려움 폐 일부 가능 완전 폐

제조비용 저가 고가 저가

환경성 회수로 가능 카드뮴 재료 무공해


지가 가지고 있는 내부 저항 증가를 이용하여 정전용량 도를 향상시키

는 방법, 슈퍼커패시터의 고효율 동작을 위한 병렬 모니터를 설치하여 전

압을 균등화하는 방법, 충전과 방전을 하는 컨버터의 효율을 극대화함으

로써 에너지 도를 높이는 것이 중요하다.

최근 고유가 상황이 지속되면서 신재생 에너지 및 대체에너지 개발에

대한 경쟁이 치열해지고 있다. 이러한 신재생 에너지 및 대체 에너지 개

발은 화석연료 사용에 따른 환경오염 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라

산유국에 대한 에너지 의존도를 낮출 수 있어 에너지 안보차원에서도 매

우 중요하다.

슈퍼커패시터는 고출력 전기에너지 저장장치로 기존의 커패시터와 이차

전지에서 제공하지 못하는 에너지, 출력 특성 역을 채울 수 있는 고출

력 고수명의 에너지 저장 장치로서 중요하다. 슈퍼커패시터 산업은 부

품·소재 원천기술과 셀 제조 공정이 융합된 산업으로서 전기 에너지 품

질, 활용, 저장 효율 향상을 유발하는 저탄소 녹색에너지 산업의 측면에

서 중요성이 커지고 있다.

기술의위치

슈퍼커패시터 기술은 각각 이 기술에 대한 수요요인, 저해요인 분석을

통하여 현재 위치 기술을 분석할 수 있다.

기술의 수요요인

그린 에너지와 관련하여 국가에서 에너지 효율에 향상에 대한 관심 증대

최근 에너지 변환과 저장하는 문제에서 발생하는 에너지 효율을 어떻게 최대화할 것인가가 관심의 대상이다. 현재 에너지 저장장치로 2차전지가 가장 많이사용하고 있으며 이중에서도 충·방전 효율이 높고 반 구적 수명을 가지고 있는 슈퍼 커패시터에 대한 관심이 증대되고 있다.

모바일 기기의 통합으로 인한 고출력 수요 증가

최근 전자제품을 포함한 모바일 기기들의 제품이 융합내지 복합화하면서 전원장치에 대한 요구가 복잡해지고 있다. 이에 대응하기 위해서 충·방전이 가능



한 슈퍼 커패시터가 현재까지 가장 높은 출력 도를 보유하고 있어 보조전원으로서의 수요가 증가하고 있다.

녹색성장 등 환경요인으로 인한 친환경 자동차 수요

최근 하이브리드 자동차와 전기자동차에서 니켈-수소전지의 보조전원으로 슈퍼커패시터가 사용되고 있다. 앞으로 친환경 자동차의 수요가 증가할수록 슈퍼커패시터의 수요도 기하급수적으로 늘어날 것으로 전망된다.

신재생에너지의 정책적 육성으로 저장장치 산업 성장

신재생 에너지 설비로 생산된 에너지를 저장하기 위한 장치로 반 구적인 충·방전이 가능한 슈퍼커패시터에 대한 산업이 성장할 것으로 예상된다.

기술의 저해요인

높은 주원료 가격

현재 슈퍼커패시터의 대부분 원료(활성탄, 분리막, 도전재, 바인더)는 수입에 모두 의존하고 있을 뿐만 아니라 가격도 높아 산업 발전의 저해요인으로 작용한다. 따라서 주요 소재의 국산화로 낮은 가격의 수입 대체 효과를 볼 수 있는 전략이 필요한 상황이다.

친환경 부품의 촉진정책 부족

슈퍼커패시터는 최초에 설치하면 잊어버리는(set and forget) 대표적인 디바이스로서 한번 회로에 탑재되면 교체비용이 발생하지 않고 폭발 위험도 없는 친환경적인 부품임에도 불구하고, 현재 백업전원으로 환경문제를 발생시키는 1차전지를 주로 사용하고 있는 상황이다. 따라서 환경문제를 고려하여 정책적으로환경적인 부품을 사용할 수 있는 지원책이 요구된다.

국내 핵심소재산업 육성 부족

슈퍼커패시터의 핵심소재는 활물질, 도전재, 바인더, 전해액, 분리막 등이 있으나 전해액을 제외한 대부분이 수입에 의존하고 있는 실정이다. 현재 이들 물질의 생산 특면에서 기술적인 장벽과 정책적인 육성이 부족하여 시장진입을 꺼리고 있는 상황으로, 국내에서 핵심소재에 대한 집중육성에 대한 지원이 필요하다.

이상의 슈퍼커패시터에 대한 기술의 수요요인과 저해요인을 분석한 결

과, 슈퍼커패시터는 기술 실현단계와 실용화 단계를 넘어 더 큰 용량을

상용화는 단계에 있다.

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로벌 연구개발 동향슈퍼커패시터(Supercapacitor)



국내연구개발동향

국내에서는 1980년대 활성탄소재료의 높은 비표면적을 이용한 소형

EDLC가 전자기기의 메모리 백업용으로 상용화되었다. 최근에는 전극재

료와 제조기술 발달로 고출력 특성의 중·대형 제품이 개발되고 있으

며, 효율적인 에너지 사용을 위해 높은 신뢰성의 차세대 에너지 저장장

치로 중요시되고 있다.

국가지정 연구 프로젝트

과학기술지원의 민·군 겸용 기술개발사업을 통하여 슈퍼커패시터에

대한 연구가 수행되었다. 이런 국가지정 연구 사업을 통하여 전해 커패

시터와 슈퍼커패시터의 하이브리드 커패시터 개발연구가 진행되고 있다.

에너지기술연구원

에너지기술연구원은 1994년부터 EDLC 제조에 대한 지속적인 연구

를 진행하고 있다. 산학연 공동으로 활성탄 제조기술, 피치로부터 탄소

섬유제조 및 활성화 기술 개발, 금속산화물 전극제조 기술 등을 개발하

고 있다. 최근에는 수용성 하이브리드 커패시터의 제조 및 특성에 대한

연구를 진행하고 있으며, HEV에 시제품을 제작하여 장착하는 실증시험

단계에 있다.

에너지기술연구원은 2001년부터 3년간 기본연구 사업으로 수행한

로벌연구개발동향



전기화학 축전기 개발로 국내 최초로 비대칭전극을 사용하는 대용량 고

출력 전기화학 축전기를 개발하 다. 이는 상용화된 러시아 제품보다

우수한 성능을 나타내고 있으며, 제품은 수용성전해질을 사용하고

1.6V/400F급 전기화학 축전기 224개를 직렬로 연결하여 50㎾급 뱅

크를 구성하 고, 기존 수용성 커패시터에 비해 무게 당 에너지 도를

3배 이상 향상시켰다.

한양대학교

한양대학교 생체 공학과 김선정 교수는 기존의 배터리보다 축전용량이

6배 이상 늘어난 섬유 형태의 슈퍼커패시터를 개발하 다. 이는 전도성

고분자를 코팅한 탄소나 노튜브를 실처럼 꼬아 만든 직경 20 마이크로

미터 커패시터와 집전장치 역할을 하는 직경 25 마이크로미터의 금속

와이어를 서로 꼬아 만든 섬유 구조를 가진 슈퍼커패시터를 개발했다.

이는 기존 탄소형태 축전지보다 에너지 저장 도를 높인 것으로 급속

충·방전이 필요한 마이크로 로봇 등에 적용이 가능하다. 슈퍼커패시터

는 최근 보고된 양파모양의 탄소전극이나 활성탄소 축전용량과 비교할

때 축전용량이 최소 6배 이상 우수하다. 이는 섬유 내부의 다공성 구조

덕분에 전해질 내의 이온들과 접촉하는 단위 표면적이 넓어져 높은 에

너지 저장 도를 갖게 됐기 때문이다. 또 이온이 원활히 이동할 수 있

는 다양한 크기의 공간이 존재해 충·방전 속도 또한 빠르다.

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그림 13 한양대에서 개발한 단일 형태의 섬유 슈퍼커패시터

자료. 머니투데이


기타 한국에서의 슈퍼커패시터 연구 및 개발 기관

기타 한국에서의 슈퍼커패시터의 연구 및 개발 기관은 <표 4>와 같다.

해외연구개발동향(미국)

EDLC

EDLC는 GE가 1957년 처음으로 특허를 출원한 기술로, 1970년

SOHIO사가 제품개발과 관련한 특허를 냈다. 그리고 1970년대에

SOHIO사와 일본의 마쯔시타 전기가 합작하여 제품화에 성공한 기술이다.

아이다호 국립기술환경연구소(INEEL)

아이다호 국립기술환경연구소(INEEL)는 HEV용 슈퍼커패시터의 시험

및 적용시험을 위한 연구를 수행하 다.


표 4 국내 슈퍼커패시터 개발 및 연구 기관

기관명 내 용

㈜ 네스캡 활성탄소계 유기성 ELDC, 하이브리드 커패시터

㈜ 에스와이 5.5V, 0.47F, 1F 생산 판매하이테크 중형 대형 EDLC 연구

민간기업 ㈜ 코칩 5.5V, 1F 이하 제품 판매소형 하이브리드 커패시터 개발

엔파워캡 수용성 하이브리드 커패시터고전압 하이브리드 커패시터 개발

현대자동차 고 도 자동차용 슈퍼커패시터 개발

수용성/비수용성(유기성) EDLC 연구에너지기술연구원 수용성 하이브리드 커패시터, HEV 장착 시험

연구원 고전압 하이브리드 커패시터

전기연구원 활성탄소계 비수용성(유기성) EDLC 연구

KIST EDLC-배터리 하이브리드

단국대 활성탄소계, 금속 산화물계 기초 연구

포항공대 탄소계 전극 소재 및 표면 처리

대 학 연세대 금속산화물계 기초 연구

전남대 활성탄소계 섬유 제조 연구

한양대 섬유 형태의 슈퍼커패시터를 개발


아이다호 국립기술환경연구소(INEEL)

아이다호 국립기술환경연구소(INEEL)는 HEV용 슈퍼커패시터의 시험

및 적용시험을 위한 연구를 수행하 다.

국립신재생에너지 연구소

국립신재생에너지연구소(NREL)는 HEV 상용차량에 대한 특성시험을

지속적으로 수행하고 있다.

Solectria

Solectria는 Maxwell의 차량에 한국의 네스캡에서 개발한 슈퍼커패시

터를 장착한 EV에 대해서 다양한 테스트를 수행하고 있다.

Telcordia

Telcordia사는 EDLC의 낮은 에너지 도 특성의 개선을 위해 신규 전

극 재료를 적용시켜 에너지 도 특성이 10WH/㎏ 이상인 하이브리드

커패시터를 개발하 다.

DOE

에너지부 DOE는 DEER(분산전원 및 전력신뢰성) 프로그램의 하나로

에너지 저장 프로그램(Energy Storage Program)을 전개하고 그 대상

으로 EDLC를 개발하고 있다.

EPRI

EPRI의 자회사인 NREL, ORNL, EPRIPEAC는 3kW-PEM 연료전지

와 EDLC를 조합시킨 분산전원시스템을 개발하고 있다. 이는 고속응답

과 부하 적응성이 높은 계통관계형 하이브리드 연료전지시스템(분산전원

및 UPS용)을 개발하는 것이다.

EPRI에서는 전력축적용의 커패시터(1998년의 TR-108888), UPS

용의 PEM 연료전지/커패시터의 하이브리드시스템(1998년의 TR-

111678, 2003년의 분산전원프로그램 101.0), 배전소용의 납전지의

신형전력증축장치로의 대체, 송?배전망을 위한 차세대 선진 파워 일렉트

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로닉 및 전력증축에 관한 필드실증(2003년의 송전시스템에 관한 프로

그램 0.38.0) 등 전력분야의 커패시터에 관한 많은 연구를 하고 있다.

Inmatch

Inmatch사는 주로 전기자동차의 승압용 사용하는 슈퍼커패시터를 제

조 판매하고 있다. 제품은 수용성 전해질 제품으로서 안전하며, 가격이

저렴한 것이 특징이다. 또한 차세대 슈퍼커패시터 제품으로서 핵심 시장

에서 급격한 확장성과 적용 가능성을 제공하는 것을 목적으로 개발에 집

중하고 있다. 차세대 제품은 스마트 그리드용 최대 전력 버퍼, 국방, 전

기자동차에서의 전력 관리에 적용하는 표준이 될 것으로 기대하고 있다.

현재는 대규모 응용에 사용할 수 있도록 낮은 가격 제품에 집중하고 있

으며 현재의 에너지 도를 2배 이상이 되는 제품을 개발 중에 있다.

Ioxus

Ioxus사는 북미에서 유일하게 완전 통합된 슈퍼커패시터 설계와 제조

설비를 가진 회사이다. 제품은 하나의 셀이 백만 사이클 이상, 70℃ 이

상에서 동작하도록 설계되어 있다. 또한 풍력 의 피치 제어, 자동차

서브시스템, 백업 전원, UPS, 소형 휴대용 기기, 하이브리드 에너지 저

장장치, 하이브리드 구동 열차, 그리드/전력 보정 등에 사용한다.

Maxwell Technologies

Maxwell Technologies 슈퍼커패시터 제품은 하이브리드 버스 가속, 에

너지 그리드, 세미 트럭용, 리프팅 적재, 하이브리드 전기자동차, 백업

시스템, 전기 열차, 항공기 등에 적용하는 제품을 생산하고 있다. 맥스웰

사의 PowerChache PC2500은 2.5V전압, 2700F 용량을 가지고 있으

며, 최대 2kW/kg의 파워 도를 지니고 있다. 슈퍼커패시터 분야 매출은

2007년에 1,740만$, 2008년에 2,870만$, 2009년에 4,380만$,

2010년에 6,850만$, 2011년에 9,700만$로 성장하 다.



General Electric

GE 주로 픽업 트럭에서 첨단 에너지 저장 기술을 대체할 수 있는 슈퍼

커패시터를 개발하 고, 이 분야에서 가장 많은 특허를 보유하고 있다.

Luxon Energy Devices Corporation

Luxon Energy은 슈퍼커패시터 분야에서 고에너지 도를 가지는 슈

퍼커패시터에 대한 원천 기술을 보유하고 있다.

ISE Corporation

ISE는 플러그 인 하이브리드 자동차에 사용할 수 있는 MEMS 기술

과 소형 박막 기술을 적용한 슈퍼커패시터에 대한 원천 기술과 지적

재산권을 소유하고 있다.

기 타

몬테나는 고성능, 저가의 EDLC를 개발하 으며 일리노이 공과대학

에서는 IPRO-314라고 명명된 프로젝트팀에 의해 HEV용의 EDLC를

개발하고 있다. 이밖에 Honeywell International Inc., Sprint

Communications Company L.P 등이 고에너지 도 슈퍼 커패시터

에 대한 특허를 보유하고 있다.

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그림 14 Maxwell Technologies의 슈퍼커패시터 제품

자료. 위키피디아


해외연구개발동향(일본)

마쯔시다

마쯔시다는 UP-Cap 시리즈를 개발하 다. 이 기술은 전극의 고 도

화와 낮은 저항을 목표로 대출력 EDLC를 실현했다. 또한 UPB 시리즈

는 전력 도가 1.2kW/L이며 방전시간이 200A×10초로 뛰어난 순발

력을 가진다. UPA 시리즈는 2000F급의 대용량에서 전류를 장시간 공

급할 수 있어 태양전지와 풍력발전의 전력조정용으로 적용되고 있다.

세계에서 최고용량 2,700F의 제품을 개발한 기술을 보유하고 있다.

닛산디젤모터

2002년에 닛산디젤모터사는 디젤엔진과 EDLC가 장착된 하이브리드

트럭을 발표했다. 2.7V-1500F 3병렬-64직렬연결 모듈 2개를 장착

하여 50% 이상의 연료효율 향상과 33%의 이산화탄소(CO2) 저감효과

를 나타내었다.

혼 다

혼다는 FCEV용의 보조전원으로서 EDLC를 개발하 고, 2002년 12

월부터 리스판매하고 있는 FCX에 탑재하고 있다. 2002년 12월에는

EDLC를 장착한 4인승 연료전지 커패시터 하이브리드 차를 미국과 동

시에 발표했다.

United ChemiCon

United ChemiCon사는 알루미늄 전해질 커패시터를 중심으로 개발하

고 있으며 저장용보다는 태양광의 전력 컨디셔너, 인버터용, 전력 변환

용을 중심으로 개발하고 있다.

해외연구개발동향(러시아)

ELTON

러시아의 ELTON사는 Redox 커패시터용 금속산화물 양극과 EDLC용

음극을 사용하여 상품화하 다. 이 기술은 2-3㎚ 크기의 나노 입자를



전극 활성 물질에 코팅하여 전극의 효율과 수명을 향상시키는 기술이

다. 이 기술은 전지용 금속산화물 양극과 EDLC용 탄소음극을 사용하여

에너지 도를 증가시킨 제품으로, 수용성 전해액을 사용하지만 단위 셀

전압을 1.7V까지 높인 것이 특징이다. 러시아에서의 커패시터 기술은

전차와 잠수함의 엔진 기동용, 미사일에 대한 이차전지의 대체용으로

국방관련 프로젝트에서도 개발되고 있다.

Yunasko

우크라이나의 Yunasko는 대칭형 EDLC와 하이브리드 형태의 슈퍼커패

시터를 생산하고 있다. EDLC의 대칭형 200F/15V 모듈은 직렬로 각

각 연결된 1200F의 6개 탄소-탄소 UC셀로 구성되어 있으며 최대

16.2V 동작 전압을 제공한다. 질량은 2.5kg 이다. 하이드리드형은 리

튬이온과 슈퍼커패시터를 하이브리드화한 제품으로서 5,000~10,000

사이클의 제품 수명을 갖는다.

해외연구개발동향(기타국가)

중국

중국은 대학에서 기초연구로 DVD법으로 합성한 다층 탄소나노튜브를

EDLC 전극으로 사용하고, 38wt%의 황산용액을 전해질로 사용하여 비

정전용량 113F/g, 출력 도 8㎾/㎏, 에너지 도 0.56Wh/㎏인 슈퍼

커패시터를 개발하 다.

중국에서 슈퍼커패시터와 관련한 대학의 연구는 하얼빈 대학, 칭화 대

학, 푸단 대학, 중국 과학 아카데미를 중심으로 개발되고 있다.

이스라엘

이스라엘의 Callergy는 슈퍼커패시터 중 평면형 ELDC형 커패시터를

주로 생산한다. 제품은 고전류 펄스 전송을 위해 주로 수용성 전해질

펄스 응용 제품을 생산하고 있으며, 전해질 커패시터와 배터리 사이의

브리지로서 동작하도록 개발되어졌다. 이들 제품들은 특별한 크기와 형

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상이 변화하는 곳에서도 전압을 변동시키면서 사용할 수 있으며, 크기

는 초소형(12×12.5mm) 제품이 주로 제작되고 있다. 주요 용도로는

의료용(침습용 DC 모터, 펌프와 감시 소자), 소비자 가전(GPS, DSC,

PDA, PC 카드), RF 응용(AMR, GPS-GSM, WIFI, RFID, GPRS,

ZIGBEE), 기계용을 위한 백업 또는 전류 부스터(DC 모터), 에너지 하

비스팅이다.

대 만

대만은 국립 Chung Cheng 대학이 슈퍼커패시터 분야에서 가장 높은

피인용지수를 가지고 있다. 이 대학의 연구는 주로 기초 연구 중심으로

큰 활약을 보여 높은 향력 지수를 가지고 있는 것으로 보인다.

기 타

중·소량 EDLC의 제조업체로서, AVX사, 쿠퍼, 바스먼사가 있다. 그리

고 로드아일렌드주에 본사를 둔 에반커패시터가, 항공 및 국방용 소용량

커패시터의 개발·제품화를 진행하고 있다. 에반커패시터의 THQ1 시리

즈는 용량별로 1500, 1400, 12000이 개발되었고 최대 2,000J/L,

500J/Kg의 에너지 도를가지고있다. 또한싱가포르국립대학과, 난양

대학이기초연구를중심으로다양한연구를수행하고있다.

응용기술

LS 산전 부품 개발

LS전선과 LS엠트론은 각각 친환경 자동차 인프라의 핵심인 충전 시스

템용 커넥터와 차세대 에너지저장장치인 슈퍼커패시터(UC)·전기자동

차 배터리 핵심부품인 전지용 동박 등을 개발하고 있다.

삼성 전자의 SSD 백업용 개발

삼성전자는 SSD의 핵심 부품 중 하나인 SSD 백업용으로 사용되는 에

너지 저장장치의 국산화 추진에 많은 관심을 가지고 개발 중에 있다.



미국 NASA의 UPS 적용

NASA의 렌 연구센터(GRC; Glenn Research Center)는 NASA의 기

술개발에 적용되는 백업 전원을 제공하는 방법으로서 무정전 전원장치

(UPS; uninterruptible power supply)에 기반한 슈퍼커패시터의 개발과

시험을 시작하 다. UPS 시스템은 일반적으로 에너지 저장을 위하여 배

터리들을 이용한다. 이 배터리들은 정규적인 유지보수와 교체를 요구하

는 UPS 시스템에서 가장 취약한 부분이며, 배터리의 성능은 극도로 온

도에 의존한다. 슈퍼커패시터들은 장수명, 유지보수가 없는 운 에 있어

서 이상적이며, 우수한 낮은 온도 특성이 필수적으로 요구된다.

미국 에너지부의 하이브리드 자동차 적용

에너지부는 2007년과 2008년에 몇몇 HEV 자동차에 대하여 에너지

저장장치에서 요구하는 USABC를 지원하기 위한 성능 시험을 수행하

다. USABC 시뮬레이션 결과들은 다양한 구동 사이클에 대한 연료 소

비와 에너지 윈도우가 유사함을 보여주었다.

관련기술

실시간 클럭(RTC) 백업용 저가격, 환경 친화성을 가진 슈퍼커패시터

휴대용 전자기기의 발달은 초소형과 초박형으로 진행하고 있으며 필수

적으로 휴대용은 배터리를 장착하여 사용하고 있다. 이때 배터리를 교

체할 때 전원이 차단되어 실시간 클럭(real time clock)의 백업이 필수

적이다. 이러한 요구를 만족시키지 위한 슈퍼커패시터의 사용이 요구되

며, 제조업체의 소형화 요구에 따라 최근 Φ3mm급의 제품이 개발 및

출시되고 있으며, 국내에서도 빠른 개발이 요구되고 있다.

저가격 환경 친화성의 신재생 에너지 저장용 슈퍼커패시터

양수 발전소를 제외하고 여러 가지 전기 에너지 저장 시스템 중에서

가장 실용화되어 있는 단계는 슈퍼커패시터 시스템이다. 이는 뛰어난

출력 특성과 효율 및 반 구적인 수명으로 단시간 출력용으로 관심을

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받고 있다. 앞으로 해결해야 하는 문제는 장시간용 사용하기 위한 에너

지 도를 향상시키는 기술개발이 필요하다.

높은 신뢰성 기반 연료전지 자동차용 슈퍼커패시터

연료전지, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 전원으로서 높은 출력

및 사이클의 안전성으로 슈퍼커패시터가 관심을 받아왔다. 슈퍼커패시

터를 사용하면 산업적으로 환경 친화적 미래형 자동차가 필수요소로 자

리매김할 수 있으며, CO2 배출권 등 환경 관련 경쟁력 요소에서 우위

를 선점할 수 있다. 최근에는 고전압/고전류 설계와 전력변환 시스템,

DC-DC인버터 회로에 적용되는 고압/대전류용 커패시터 개발이 요구되

고 있다.

저가격, 환경 친화성, 높은 신뢰성, 슬림형 기반 SSD용 초고용량 커패시터

IT 기기의 주저장 장치가 HDD(Hard Disk Drive)에서 초소형, 고성능

저장 장치인 SDD(Solid State Drive)로 대체됨에 따라 SSD의 갑작스런

전원 차단이 될 때 데이터를 백업할 수 있는 비상전원으로 슈퍼커패시

터가 적합하다. 배터리에 비해 응답속도가 빠르며 에너지저장 도가

높은 슈퍼커패시터가 요구된다. 기존의 커패시터 대비 에너지 도를

높이고 형상 및 사이즈를 슬림화한 SSD 백업 전원용용 초고용량 커패

시터를 개발이 요구된다.

관련제품

국내 슈퍼커패시터의 수요는 대부분 정보통신 및 가전기기용 제품의

백업용으로 사용되는 소형 제품으로 구성되어 있으므로 이와 관련한 제

품은 주로 소형 셀을 중심으로 시장을 형성하고 있다.

최근에는 대용량 제품을 개발하여 현대자동차의 하이브리드 차량 개발

에 샘플로 공급하고 있으며, SSD적용 제품에 대한 기술개발을 추진 중

에 있어 향후에는 중대형 분야에서도 역을 확대해 나갈 것으로 보인

다. 특히 핸드폰의 슬림화 및 스마트폰으로의 변화는 슈퍼커패시터의



초소형화를 이끌고 있어, 이를 통한 국내 업체의 지속적인 성장이 예상

된다.

코칩

2002년 삼성전기로부터 STARCAP 사업을 인수한 코칩은 소형 셀을

중심으로 제품을 생산하고 있으며 수용계, 비수용계인 유기계 전해액

모두를 사용하고 있다. 핸드폰용 초소형제품(Ø3.8)부터 풍력용 350F

의 중형까지 가장 폭 넓은 제품군을 구성하고 있다. 한국에서는 유일하

게 소형 코인형 전제품(Ø21, Ø11, Ø6)과 초소형(Ø4.8, Ø3.8) 제

품을 생산하고 있다.

네스캡

네스캡은 주로 중대형 커패시터 제조업체로서 하이브리드 종류의 유사

커패시터를 생산하고 있다. 최근에는 CMS(Capacitor Management

System)을 장착한 고전압 모듈로 전개하여 UPS에 사용되는 납축전지

를 대체하는 수요에 대응하고 있으며, 에너지 회생 용도로 제품을 개발

하고 있다. 125V 고전압 모듈은 산업용 운송, 철도, 트럭, 승용차,

DVR, 통신시설 등에 채택을 목표로 하고 있다.

LS엠트론

LS엠트론은 주로 대용량 제품에 초점을 두어 풍력발전, UPS, 하이브

리드 자동차 및 버스에 적용하는 것을 주요 목표로 하고 있다. 생산 제

품 역시 풍력발전, UPS 등의 대용량 용도가 중심이며, 최근에는 중국

에서 실용화가 진행 중인 하이브리드 버스를 겨냥한 납품 실적도 있다.

이외 국내 주요 슈퍼커패시터 업체들의 현황을 <표 5>에 정리하 다.

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표 5 국내 슈퍼커패시터 주요 업체 현황

자료. 울트라 커패시터 최신기술 및 시장전망(2012, 10)

번 제조회사 소형 원통형 프리즘형 비고호 동전형 칩형 60F ~400F ~5000F~5000F

1 코칩 ◎ ○ ○ ○ ○ △ 증설

2 LS케이블 ◎ ◎ ◎ 사업확장

3 LG엠트론 ○ ○ △ 동전형

4 SY히타치 ◎ △

5 에너랜드 ◎ ◎ △ 중국이전

6 삼화전기 ◎ ○

7 비나테크 △ △ ◎ ◎ △ 증설

8 Amothch ○ ○ △

9 Vitzro Cell ○ △

10 디지털테크 ○ ○

11 한화 ○ △

12 LG 화학 △ △

13 삼성전기 △ △ △ △

14 커패시터 솔루션 ◎ 사업15 Roswin ◎ 검토중


기술의 유망성과 시장전망슈퍼커패시터(Supercapacitor)



유망성

슈퍼커패시터는 일반 2차 전지와 비교하여 에너지 도는 낮지만 충·

방전 속도가 빠를 뿐만 아니라 거의 반 구적인 수명을 갖고 있다. 이러

한 특징으로 인하여 스마트폰, 디지털 카메라, 오디오 등 각종 전자제품

의 메모리 백업용으로 많이 사용되고 있으며, 용량증가에 따라 각종 산

업용, 조명용 기기는 물론 자동차용으로도 용도가 확대되고 있다.

최근에는 핸드폰용의 초소형과 칩 형태의 제품이 개발되어 시장에서

활발히 수요가 증가되고 있으며, 중·대형 제품은 회생전차, 무정전 전

원장치(UPS), 복사기, 분산 발전 전원 등으로 사용되고 있다. 또한 신

재생에너지의 전압 레벨링과 순간 출력을 이용한 풍력의 피티 컨트롤

및 UPS 등으로 사용 역을 확대하고 있어 시장성이 매우 밝고 큰

역으로 전망되고 있다.

전 세계적으로 슈퍼커패시터를 연구·개발·사업화하는 하는 기업은

약 60개이며, 이중 매출이 시장에 향을 주는 기업은 약 40개사로 알

려져 있다. 현재까지 슈퍼커패시터 기술 및 시장점유율은 일본이 세계

1위를 차지하고 있다. 이중에서 슈퍼커패시터 산업을 지탱하는 소재분

야는 일본기업이 독점적으로 시장을 유지하고 있다. 한국, 미국, 중국

기업은 다양한 분야에서 관련 소재 사업에 참여를 하고 있지만 절연지

(분리막), 고온용 가스켓, 이온성 액체 전해액, 고전압용 전해액 등 고

기술의유망성과시장전망



부가가치 핵심소재는 전량 일본에 의존하고 있는 상황이다. 반면 활성

탄, 전해액, 집전체는 다양한 국가별로 다양한 기업에서 생산을 하고

있어 자율적인 경쟁체제라고 할 수 있다.

<그림 15>에 국가별 전기화학 커패시터 기업수 및 비율을 도식화 하

다. 앞서 설명한 것과 같이 현재 일본이 가장 많으며 한국이 2위의

기업수 및 비율을 가지고 있어 한국으로서는 시장 유망성이 높은 기술

역임을 알 수 있다.

슈퍼커패시터는 현재 세계적으로 3,300억 원 규모의 시장을 형성하고

있고 2~3년 내에 1조원을 넘어설 것으로 전망되는 등 새로운 미래 산

업으로 각광받고 있다. 세계적으로 미국의 맥스웰, 일본의 파나소닉 등

이 시장을 주도하고 있고 우리나라의 LS엠트론이 이들을 뒤쫓고 있다.

1F 이하의 동전 형태가 주류인 소형 슈퍼커패시터는 가전제품, 모바

일 기기 등의 메모리 백업용으로서 초기에 슈퍼커패시터의 시장을 형성

하여 왔으며 현재와 미래에도 주요 시장이 될 것으로 전망하고 있다.

1~300F급의 중형은 전지 보조용, 소형전자기기 전원, 태양광, 풍력

등의 재생에너지 저장용, 소규모 UPS, 비상전원용으로 최근 친환경 문

제와 더불어 시장 역이 넓어지고 있는 분야이다.

각형이나 원통형 2가지로 개발되고 있는 300F 이상의 대형은 하이브

리드 자동차와 연료전지 자동차의 보조전원, 브레이크 에너지 회생장

치, 대규모 UPS용으로 앞으로 가장 큰 시장이 형성될 것으로 예상되고

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그림 15 국가별 슈퍼커패시터 기업수 및 비율



있다. 그러나 기술적으로 완성되지 못한 역을 위한 기술 개발이 필요

하다.

중대용량 슈퍼커패시터 분야는 미국과 한국의 시장 확대가 본격적으로

추진되고 있지만, 기업의 수가 제한적이고 기술적 완성도에서 일본에

뒤쳐져 장기 수요창출 및 시장 선점을 위해서는 적극적인 기술개발, 원

가절감, 높은 신뢰성 확보가 필요하며 이러한 기술적 완성이 높아질 때

시장 유망성은 밝다고 할 수 있다.

슈퍼 커패시터는 전해콘덴서와 신형 2차전지가 갖지 못하는 역에서

고유한 성능 특성을 가지는 차세대 에너지 동력원으로서 그 응용분야가

계속해서 개발되고 있어 무한한 성장이 기대된다. 환경문제 대두에 따

라 기존에 메모리 백업용 전원으로 사용되고 있는 니카드전지 및 리튬

이차전지의 사용이 슈퍼 커패시터로 대체되고 있다. 특히 모바일 기기

나 디지털 카메라, DVD 등의 신규 수요가 증가하고 모든 하이브리드

자동차 시장에서의 슈퍼 커패시터의 적용이 기대됨에 따라 앞으로 더

폭넓은 응용분야가 생길 것으로 전망되어 상업성이 크게 향상될 것으로

전망된다.

용도별시장전망

슈퍼커패시터 시장 전망은 슈퍼커패시터가 사용되는 분야 100개를

대상으로 크게 4대 분야인 가정용 가전기기, 수송용, 산업용, 에너지로

구분하여 <표 6>에 나타냈다.


표 6 슈퍼커패시터 용도별 시장 분류

대분류 중분류 응용제품

통신기기 이동전화, 스마트폰, 유선전화, 공중전화

디지털 카메라 디지털 카메라, 캠코더

TV TV

가전 주방기기, 냉장고, 에어컨, 전자레인지, 세탁기

AV 오디오, VCR, DVD 플레이어, CD 플레이어, 광학 플레이어

컴퓨터 PC, 노트북, 태블릿 PC

사무기기 및 기타 복사기, 프린터

가정용전자기기


현재 슈퍼커패시터 시장은 가전기기, 수송, 산업용, 에너지 분야에서

형성하고 있으며 2009년 3,022억 원에서 연평균 13.8씩 성장하여,

2020년에는 1조 2,518억 원에 달할 것으로 전망하고 있다. 현재 슈

퍼커패시터 시장은 수송과 가정용 전자기기 분야가 가장 많은 비중을

차지하고 있다.

가정용 전자기기 분야는 2009년에 2009년에 1,868억 원에서 연평

균 1.7%씩 성장하여 2020년에 2,247억 원에 달할 것으로 예상되고

있으며, 이 분야는 모바일 폰 및 스마트폰 중심으로 시장이 계속 성장

할 것으로 전망된다.

자동차용에 주로 사용하는 수송 분야는 앞으로도 지속적으로 성장하여

2009년에 592억 에서 2020년에 6,818억 원에 달해 연평균 약

25%씩 고속 성장으로 시장을 주도할 것으로 예상하고 있다. 수송 분야

에서는 차량용 ISG에 탑재되는 슈퍼커패시터가 중심이 될 것으로 전망

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업용 차량 점프 케이블 스타터, ABS, 엔진 cranking, 중장비 차량, 트롤리버스

자동차 ISG(idle stop & go), VSS, 배기가스 촉매가열보조

클린 자동차 HEV, PHEV, BEV, FCEV, FC 버스

열차 지하철, 트램, 모노레일

비행기 비상 도어 개폐 장치

가젯, 자동차 부품 하이패스, 블랙박스, 파워 윈도우, 자동차 오디오

툴 전동 스크류, 절단기, 드라이버

기계와 로봇 산업용 PC, 로봇, 용접 기계, oil/gad well drilling

도로 도로 조명, 자발광식 솔라 도로표식 등

빌딩 엘리베이터, 비상구

이동장치 크레인, 타워 크레인, 지게차

통신장치 통신 중계기

스마트 미터 AMI/AMR

군사용 탱크, 포, 미사일 발사대, 군용 무전기, 신형 개인화기

기타 CATV, 의료기, 태양광 시계, 완구, 온수기, 해상부표

재생 에너지 태양광, 풍력, 부하 레벨링, 피치 제어

ESS 순시전압강하, UPS, DVT, 파워 백신

수송용

산업용

에너지



된다. ISG(Idle Stop & Go)용 전력저장장치로는 기존의 납축전지, 리튬

이온전지 등과 경쟁으로 경우에 따라서는 추가적인 슈퍼커패시터 시장

확대도 예상할 수 있다.

산업 분야는 2009년 329억원 에서 연평균 14.1%씩 성장하여

2020년에는 1,475억 원에 달할 것으로 전망된다. 산업용은 주로 로

봇용 전원, 도로의 솔라 블록이나 솔라 표지판, 건물의 비상구, 포크리

프트, 크레인, 골프장 카트 등에 사용되고 있으며, 앞으로는 스마트미

터 분야에서 큰 시장 성장을 예상하고 있다.

에너지 분야는 2009년에 233억 원에서 연평균 21%씩 성장하여

2020년에는 1,978억 원에 이를 것으로 전망하고 있다. 신재생 에너

지의 경우에는 시간대별로 발생되는 전력량이 다르기 때문에 그리드

(Grid)의 전력 품질 저하를 가져올 수 있다. 따라서, 부하평준화(load

leveling) 장치가 필요하며 여기에 슈퍼커패시터가 사용될 수 있다. 특

히 풍력발전에 있어서는 풍력발전기 블레이드 피치 컨트롤용으로의 시

장 확대가 기대된다.

슈퍼커패시터의 용도별 시장에 대하여 <표 7>과 <그림 16>에 나타내

었다.


표 7 슈퍼커패시터 용도별 시장 분류

구분 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 연평균

가전1,868 2,100 2,122 2,232 2,258 2,258 2,246 2,225 2,230 2,234 2,241 2,247제품

증감율 12% 1% 5% 1% 0% -1% -1% 0% 0% `0% 0% 1.69%

수송 592 964 1,852 2,641 3,395 4,072 4,679 5,122 5,608 6,037 6,415 6,818

증감율 63% 92% 43% 29% 20% 15% 9% 9% 8% 6% 6% 24.88%

산업용 329 435 531 620 708 794 883 978` 1,080 1,195 1,352 1,475

증감율 32% 22% 17% 14% 12% 11% 11% 10% 11% 13% 9% 14.61%

에너지 233 255 283 313 353 460 591 749 950 1,210 1,544 1,978

증감율 9% 11% 11% 13% 30% 28% 27% 27% 27% 28% 28% 21.46%

합계 3,022 3,754 4,788 5,806 6,714 7,584 8,399 9,074 9,868 10,676 11,552 12,518

증감율 24% 28% 21% 16% 13% 11% 8% 9% 8% 8% 8% 13.79%

자료. 울트라 커패시터 최신기술 및 시장전망(SNE리서치, 2012, 10)


용량별시장전망

슈퍼커패시터를 용량에 따라 나눌 때 나누는 방법이 여러 가지가 존재

한다. 일반적으로 용량에 따라 초소형(<0.1F), 소형(0.1-1F), 중형

(1-100F), 대형(100-1000F), 초대형(<1000F)의 5개 역으로 구

분하여 사용한다. 용량별 시장 동향은 기술이 발전단계에 따라 처음에

는 0.1F 이하의 초소형 시장 중심으로 성장해 왔으며, 기술 발전과 더

불어 앞으로 10F 이상의 중형, 100 이상의 대형 및 1000F 이상의

초대형 시장의 급격한 성장이 예상된다.

2015년 이후에는 1000F 이상의 초대형 시장 비중이 50%를 넘을

것으로 예상되며, 이는 초대형 전기화학적 커패시터가 상용차 및 승용

차 등으로의 응용이 증가할 것으로 전망되기 때문이다.

<표 8>에 슈퍼커패시터의 용량별 점유율을 나타내었고 <그림 17>에

시장 전망을 나타내었다.

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그림 16 슈퍼커패시터 용도별 시장 전망



초소형 및 소형

소형은 1F 이하의 코인 타입이 주류로 주요 용도는 가전제품, 휴대통

신기기, 메모리 백업용으로서 초기의 초고용량 커패시터 시장을 형성하

여 왔으며, 현재까지도 주요 시장으로 형성되어 있는 상태에 있으나 서

서히 중형 이상으로 전환될 것으로 전망된다.

중형

중형은 1~100F급으로 주요 용도는 전지 보조용, 소형전자기기 전

원, 태양광, 풍력 등의 재생에너지 저장용, 소규모 UPS, 비상전원용으

로 최근 친환경 문제와 더불어 크게 각광받고 있는 시장이다.


표 8 슈퍼커패시터 용량별 시장 점유율(단위:%)

구분 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 CAGR(11-20)

초소형 42.3 39.8 32.7 28.4 24.6 21.7 19.4 17.6 16.2 16.0 13.9 12.8 -9.9

소형 20.6 16.9 12.3 10.6 9.5 8.5 7.8 7.2 6.7 6.2 5.8 5.4 -8.7

중형 11.7 11.5 10.4 9.8 9.6 9.6 9.8 10.2 10.5 11.0 11.5 12.0 1.6

대형 18.8 15.7 12.9 11.2 10.3 10.5 11.0 10.7 11.9 13.4 `15.3 17.5 3.4

초대형 6.7 16.0 31.7 40.0 46.0 49.7 52.2 54.2 54.7 54.4 53.4 52.3 5.7

자료. Ultracapacitor 최신기술 및 시장전망(SNE리서치, 2012, 10)

그림 17 슈퍼커패시터 용량별 시장 전망

자료. Ultracapacitor 최신기술 및 시장전망(SNE리서치, 2012, 10)


대형

대형은 100F 이상으로 각형이나 원통형 2가지로 개발되고 있고, 주

요용도는 하이브리드 자동차와 연료전지 자동차의 보조전원, 브레이크

에너지 회생 장치, 대규모 UPS용으로 향후 가장 큰 시장이 형성될 것

으로 예상되나 아직 기술적인 보완이 요구되는 분야이기도 하다.

초대형

초대형은 1000F로서 아직 기술적인 어려움이 있어 기술 진보와 함께

개발할 역으로 보인다.

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논문 및 특허정보 분석슈퍼커패시터(Supercapacitor)



본 보고서의 논문 및 특허 정보 분석은 한국과학기술정보연구원의

COMPAS(경쟁정보분석) 시스템을 이용하여 작성하 다.

연도별전체논문수

논문 분석에는 Web of Science(Thomson Reuters) 데이터베이스를 사

용하 으며, 해당 기술 분야의 검색식은 아래와 같다.

(TI=(super near capacitor*) OR TI=(ultra near capacitor*)) OR(TI=(supercapacitor*) OR TI=(super-capacitor*) ) OR(TI=(ultracapacitor*) OR TI=(ultra-capacitor*))

최근에는 울트라커패시터의 사용 빈도가 높아 슈퍼커패시터와 울트라

커패시터를 같이 검색하 으며, 검색 연도는 2001-2012으로 제한하

다. 검색된 총 논문수는 2,142건이며, 2006년부터 꾸준히 증가하

다가, 특히 2012년에는 전년 대비 2배 가까이 급증하 다. 분석 대상

기간의 연평균 증가율은 논문수 기준 26.04%, 누적 논문수 기준

41.24%인 것으로 나타났다.

논문및특허정보분석



국가별논문수

슈퍼커패시터 관련 논문의 저자 국적을 분석한 결과 세계적으로 55개

국가에서 관련 연구가 수행되는 것으로 나타났다. 이들 국가 중 중국이

730건의 논문을 발표하여 전체 2,142건의 논문 중 34.08%를 점유하

며 가장 많은 논문을 발표한 것으로 나타났으며, 미국은 328건

(15.31%)으로 2위를 차지하 다. 한국은 222건(10.36%)의 논문을

발표하여 3위를 차지하 다. 주요국의 논문수는 2009년과 2010년부

터 가파르게 상승한 것을 알 수 있다.

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그림 18 연도별 논문수

그림 19 국가별 논문수


국가별논문수준분석

국가별 논문 수준 분석은 특정 기술 분야 전체 논문의 평균 피인용 수

에 대한 특정 국가 발표 논문의 평균 피인용 수의 비로서 피인용 수에

기반을 둔 질적 수준 평가 지표를 나타낸다. 수준 지수가 1.0인 경우

특정 국가가 발표한 논문의 평균 피인용 수가 해당 분야 전체 논문의

평균 피인용 수와 같음을 의미하며, 1.0을 초과하는 경우는 해당 분야

평균 피인용 수에 비해 높음을 의미한다.

국가별 논문의 수준 지수 분석 결과 프랑스가 가장 높은 값(1.542)을 보

여 논문의 피인용 관점에서 질적 수준이 가장 우수한 것으로 나타났다. 분

야 평균 이상의 수준을 보이는 국가는 France(1.542), Canada(1.39),

USA(1.356), Japan(1.332), Singapore(1.234), Taiwan(1.109)이다.

한국의 수준 지수는 0.933를 기록하여 질적 수준이 세계 평균 수준이며,

중국은논문수에비해질적수준은매우낮게나타난다.


그림 20 국가별 연도별 논문수 현황


논문의국제공동연구네트워크

슈퍼커패시터 분야의 국제 공동연구 현황을 분석한 결과 미국이 자국

을 제외한 26개 국가와 공동연구를 수행하여 가장 넓은 국제네트워크

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표 9 국가별 논문의 수준 지수

국가 논문수 논문당 피인용 수 수준 지수

France 134 41.172 1.542

Canada 74 37.095 1.39

USA 328 36.186 1.356

Japan 100 35.56 1.332

Singapore 100 32.93 1.234

Taiwan 110 29.6 1.109

South Korea 222 24.905 0.933

Spain 59 22.39 0.839

China 730 21.823 0.818

India 166 19.813 0.742


그림 21 국가별 논문수 대비 수준 지수


를 형성하고 있는 것으로 나타났다. 한국의 경우 12개 국가와 공동연

구를 수행하 으며, 주요 국제공동연구 대상 국가로는 India, USA,

Australia 등이 있다.

기관별논문수

슈퍼커패시터 관련 논문의 저자 소속기관을 분석한 결과 세계적으로

1,066개 기관에서 관련 연구가 수행되는 것으로 나타났다. 이들 기관

중 중국의 Chinese Acad Sci가 116건의 논문을 발표하여 전체

2,142건의 논문 중 5.42%를 점유하며 가장 많은 논문을 발표한 것으

로 나타났다. Nanyang Technol Univ는 65건(3.03%), Tsinghua

Univ는 44건(2.05%)의 논문을 발표하여 각각 2, 3위를 차지한 것으

로 나타나 상위 3개 기관이 전부 중국 소속 기관들이다.


그림 22 공동연구대상국가 현황(자국 불포함)


기관별논문수준분석

기관별 논문 수준 분석의 정의는 특정 기술 분야 전체 논문의 평균 피인

용 수에 대한 특정 기관 발표 논문의 평균 피인용수의 비로서 피인용수에

기반을 둔 질적 수준 평가 지표를 나타낸다. 또한 기관별 논문 수준 분석

의 의미는 수준 지수가 1.0인 경우 특정 국가가 발표한 논문의 평균 피

인용수가 해당 분야 전체 논문의 평균 피인용수와 같음을 의미하며, 1.0

을 초과하는 경우는 해당 분야 평균 피인용 수에 비해 높음을 의미한다.

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그림 23 기관별 논문수 현황

그림 24 기관의 연도별 논문수 현황


해당 기술의 기관별 수준 분석 결과 Natl Chung Cheng Univ가 가장

높은 값(2.022)을 보여 논문의 피인용 관점에서 질적 수준이 가장 우

수한 것으로 나타났다. 분야 평균 이상의 수준을 보이는 기관으로는

Natl Chung Cheng Univ(2.022), Natl Univ Singapore(1.81),

Harbin Engn Univ(1.522), Tsinghua Univ(1.416), Fudan

Univ(1.165), CSIC(1.049) 등이 있다.


표 10 기관별 논문 게재 현황 및 수준 지수

기관 논문수 논문당 피인용 수 수준 지수

Natl Chung Cheng Univ 30 53.967 2.022

Natl Univ Singapore 43 48.326 1.81

Harbin Engn Univ 33 40.636 1.522

Tsinghua Univ 44 37.795 1.416

Fudan Univ 34 31.088 1.165

CSIC 39 28 1.049

Shivaji Univ 34 22.324 0.836

Nanyang Technol Univ 65 20.231 0.758

Chinese Acad Sci 116 19.25 0.721

Cent S Univ 32 6.812 0.255

그림 25 기관별 논문수 대비 수준 지수


기관별논문의국제협력강도분석

기관별 국제협력관계지수(S)는“특정 연구수행주체(기관)의 협력 대상

중 외국 소재 연구수행주체의 비중”을 의미하며, 이 값이 클수록 국제

공동연구를 활발히 하는, 즉, 국제네트워크가 강하게 형성된 연구수행

주체임을 의미한다. 국제협력강도(L)는“분야 평균 국제협력관계지수에

대한 특정 연구수행주체의 국제협력관계지수의 비”로서 특정 연구수행

주체의 국제협력관계지수를 분야 평균으로 정규화한 값이다. 특정 연구

수행주체의 국제협력강도(L)가 1.0인 경우는 해당 연구자의 국제협력강

도가 분야 평균임을 의미하며, 1.0 이상인 경우는 분야 평균 이상임을

1.0 미만인 경우는 분야 평균 이하임을 의미한다.

기관별 국제협력강도 분석 결과, Shivaji Univ(3.197)의 국제협력강

도가 가장 높은 것으로 나타났다. 분야 평균 이상의 수준을 보이는 기

관으로는 Shivaji Univ(3.197), CSIC(3.053), Nanyang Technol

Univ(2.784), Natl Univ Singapore(2.168), Chinese Acad

Sci(1.024) 등이 있다.

핵심기관논문분석

핵심 기관 선정은 수준분석(Q) 및 국제협력강도(L) 분석 결과를 통해

이루어진다. 연구자별 수준 지수(Q) 및 국제협력강도(L)는 Q=L=1을 기

56 | 57

표 11 기관별 국제협력관계지수(S) 및 국제협력강도(L)

기관 논문수 국제협력관계지수(S) 국제협력강도(L)

Shivaji Univ 34 0.618 3.197

CSIC 39 0.59 3.053

Nanyang Technol Univ 65 0.538 2.784

Natl Univ Singapore 43 ` 0.419 2.168

Chinese Acad Sci 116 0.198 1.024

Fudan Univ 34 0.176 0.911

Cent S Univ 32 0.156 0.807

Tsinghua Univ 44 0.136 0.704

Harbin Engn Univ 33 0 0

Natl Chung Cheng Univ 30 0 0


준으로 네 개의 구역(I-IV)으로 구분할 수 있다

고피인용논문분석

2001-2012년에 슈퍼커패시터 기술에 속하는 논문 2,142건 중,

적어도 1회 이상 인용된 논문수는 1,887건(88.1%)이다. 슈퍼커패시

터 기술에 속하는 논문 중 피인용수가 높은 상위 10개의 논문 리스트

를 <표 13>에 나타냈다.


표 12 핵심기관 선정을 위한 Q-L 분포

기관 논문수 CPP Q S L

Chinese Acad Sci 116 19.25 0.721 0.198 1.024

Nanyang Technol Univ 65 20.231 0.758 0.538 2.784

Tsinghua Univ 44 37.795 1.416 0.136 0.704

Natl Univ Singapore 43 48.326 1.81 0.419 2.168

CSIC 39 28 1.049 0.59 3.053

Shivaji Univ 34 22.324 0.836 0.618 3.197

Fudan Univ 34 31.088 1.165 0.176 0.911

Harbin Engn Univ 33 40.636 1.522 0 0

Cent S Univ 32 6.812 0.255 0.156 0.807

Natl Chung Cheng Univ 30 53.967 2.022 0 0

그림 26 핵심기관 선정을 위한 Q-L 분포도


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표 13 고피인용 논문 목록

번 저자 논문 제목 학술지 Volume, 피인 연도호 Page 용수

Stoller, MD; Park, Graphene-Based NANO

1 SJ; Zhu, YW; An, Ultracapacitors LETTERS

8, 3498 1564 2008

JH; Ruoff, RS

2Winter, What are batteries, fuel CHEMICAL

104, 4245 1081 2004M; Brodd, RJ cells, and supercapacitors? REVIEWS

Pandolfo, Carbon properties JOURNAL

3AG; Hollenkamp, AF

and their role in OF POWER 157, 11 714 2006

supercapacitors SOURCES

Shape-engineerable and

highly densely packed

4single-walled carbon

nanotubes and their

application as super

-capacitor electrodes

Carbon-based materials CHEMICAL

5 Zhang, LL; Zhao, XS as supercapacitor SOCIETY 38, 2520 467 2009

electrodes REVIEWS

Wang, Y; Shi, Supercapacitor Devices

JOURNAL

6ZQ; Huang, Y; Ma,

Based on GrapheneOF PHYSICAL

113, 13103 466 2009YF; Wang, CY; Chen,

MaterialsCHEMISTRY

MM; Chen, YS C

Zhu, YW; Murali,

S; Stoller, MD; Ganesh,Carbon-Based

KJ; Cai, WW; Ferreira,Supercapacitors

7 PJ; Pirkle, A; Wallace, Produced by Activation

SCIENCE 332, 1537 459 2011

RM; Cychosz, KA; of Graphene

Thommes, M; Su,

D; Stach, EA; Ruoff, RS

Graphene/Polyaniline CHEMISTRY

8Zhang, K; Zhang, Nanoriber Composites

OF 22, 1392 405 2010LL; Zhao, XS; Wu, JS as Supercapacitor

MATERIALSElectrodes

Design and tailoring of

Hu, CC; Chang, the nanotubular arrayed NANO

9 KH; Lin, MC; Wu, architecture of hydrousLETTERS

6, 2690 392 2006

YT RuO2 for next generation

supercapacitors

Supercapacitors Based

10Wu, Q; Xu, YX; Yao, on Flexible Graphene/

ACS NANO 4, 1963 382 2010ZY; Liu, AR; Shi, GQ Polyaniline Nanofiber

Composite Films

Futaba, DN; Hata, K;

Yamada, T; Hiraoka,

T; Hayamizu, Y;

Kakudate, Y;

Tanaike, O; Hatori,

H; Yumura, M; Iijima, S

NATURE

MATERIALS5, 987 556 2006


연도별특허수

특허 분석에는 미국 특허를 분석 대상으로 하 으며, 해당 기술 분야

의 특허 검색식은 아래와 같다.

(ttl:supercapacitor* or abst:supercapacitor* or ttl:super-capacitor* orabst:super-capacitor* or (ttl:super near ttl:capacitor*) or (abst:supernear abst:capacitor*)) or (ttl:ultracapacitor* or abst:ultracapacitor* orttl:ultra-capacitor* or abst:ultra-capacitor* or (ttl:ultra nearttl:capacitor*) or (abst:ultra near abst:capacitor*))

검색 연도는 2001-2012년으로 제한하 으며, 검색된 총 특허수는

394건이다. 분석 대상 기간의 연평균 증가율은 특허수 기준 11.52%,

누적 특허수 기준 29.99%인 것으로 나타났다.

국적별특허수

특허 출원인 국적을 분석한 결과 미국이 전체 394건의 특허 중 237

건을 점유하여 60.15%가 넘는 압도적으로 많은 특허를 발표한 것으로


그림 27 연도별 특허 출원 추이

* 막대 그래프는 전체 특허수, 꺾은선 그래프는 한국의 특허수


나타났다. 한국은 26건(6.6%), 22건(France는 5.58%)을 점유하여

각각 2, 3위를 차지하 다. 중국은 논문수에서는 동 기간에 1위를 차

지하 으나, 특허수에서는 4건으로 상대적으로 가장 낮은 것으로 나타

났다.

60 | 61

그림 28 출원인 국적별 특허수

그림 29 출원인 국적별 연도별 특허수


국적별특허수준분석

출원인 국적별 특허 수준 분석은 특정 기술 분야 전체 특허의 평균 피

인용수에 대한 특정 국가 발표 특허의 평균 피인용수의 비로서 피인용

수에 기반을 둔 문헌의 질적 수준 평가 지표이다. 특정 국가의 수준 지

수가 1.0인 경우 해당 국가가 발표한 특허의 평균 피인용수가 해당 분

야 전체 특허의 평균 피인용수와 같음을 의미하며, 1.0을 초과하는 경

우는 해당 분야 평균 피인용수에 비해 높음을 의미한다.

국가별 특허의 수준 지수 분석 결과 일본이 가장 높은 값(1.946)을

보여 특허의 피인용 관점에서 질적 수준이 가장 우수한 것으로 나타났

다. 분야 평균 이상의 수준을 보이는 국가는 Japan(1.946),

Canada(1.496), Taiwan(1.161), United States of America(1.13)

등이 있다. 한국의 수준 지수는 0.484를 기록하 으며, 이는 한국의

질적 수준이 세계 평균 이하임을 의미한다.


표 14 출원인 국적별 특허 수준 지수

국가 특허수 특허당 피인용수 수준 지수

Japan 6 14.833 1.946

Canada 15 11.4 1.496

Taiwan 20 8.85 1.161

United States of America 237 8.616 1.13

Switzerland 5 6.2 0.813

France 22 4.864 0.638

Korea, Republic 26 3.692 0.484

Australia 11 3.455 0.453

Germany 14 2 0.262

China 4 1 0.131


출원인국적별평균패 리크기

출원인 국적별 평균 패 리 크기는 동일한 내용의 발명이 복수의 국가

에 출원된 경우 이들 특허를 패 리(대응) 특허라고 하며, 패 리 특허

가 출원된 국가의 수를 패 리 크기라 한다. 다수의 국가에서 보호 받

을 가치가 있는 특허의 경우 패 리 크기가 커지게 되며, 특허의 가치

를 나타내는 지표로 사용될 수 있다.

특허의 평균 패 리 크기 분석 결과 Switzerland가 가장 높은 값(8.2)

을 보여 특허의 패 리 크기 관점에서 질적 수준이 가장 우수한 것으로

나타났다. 분야 평균 이상의 수준을 보이는 국가로는 Switzerland

(2.442), Germany(2.34), France(1.854), Australia(1.489),

Canada (1.211) 등이 있다.

한국의 분야평균 대비 평균 패 리 크기는 0.848을 기록하 으며,

이는 한국의 질적 수준이 세계 평균 이하임을 의미한다.

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그림 30 출원인 국적별 특허수 대비 수준 지수


출원인별특허수

특허의 출원인을 분석한 결과 General Electric Company가 전체 394

건의 특허 중 4.31%(17건)를 점유하여 가장 많은 특허를 발표한 것으로

나타났다. Luxon Energy Devices Corporation은 2.79%(11건), ISE

Corporation은 2.28%(9건)을 점유하여 각각 2, 3위를 차지하 다.


표 15 출원인 국적별 평균 패 리 크기

국가 특허수 평균 패 리 크기분야 평균 대비평균 패 리 크기

Switzerland 5 8.2 2.442

Germany 14 7.857 2.34

France 22 6.227 1.854

Australia 11 5 1.489

Canada 15 4.067 1.211

United States of America 237 2.958 0.881

Korea, Republic 26 2.846 0.848

China 4 2.75 0.819

Japan 6 2.5 0.745

Taiwan 20 2.15 0.64

그림 31 특허수 대비 평균 패 리 크기


출원인별특허수준분석

출원인별 특허 수준 분석은 특정 기술 분야 전체 특허의 평균 피인용

수에 대한 특정 출원인 발표 특허의 평균 피인용수의 비로서 피인용수

에 기반을 둔 문헌의 질적 수준 평가 지표를 나타낸다. 특정 출원인의

수준 지수가 1.0인 경우 해당 출원인이 발표한 특허의 평균 피인용수

가 해당 분야 전체 특허의 평균 피인용 수와 같음을 의미하며, 1.0을

초과하는 경우는 해당 분야 평균 피인용수에 비해 높음을 의미한다.

해당 기술의 출원인별 수준 지수 분석 결과 General Electric

Company가 가장 높은 값(2.547)을 보여 특허의 피인용 관점에서 질

적 수준이 가장 우수한 것으로 나타냈다. 분야 평균 이상의 수준을 보

이는 출원인으로는 General Electric Company(2.547), Sprint

Communications Company L.P.(1.631), Luxon Energy Devices

Corporation(1.574), Honeywell International Inc.(1.406),

Universite de Montreal(1.181) 등이 있다.

64 | 65

표 16 출원인별 특허수

순위 출원인 특허수 비중 (%)

1 General Electric Company 17 4.31

2 Luxon Energy Devices Corporation 11 2.79

3 ISE Corporation 9 2.28

4 Honeywell International Inc. 7 1.78

4 Sprint Communications Company L.P. 7 1.78

4 Corning Incorporated 7 1.78

4 Maxwell Technologies, Inc. 7 ` 1.78

4 Merck Patent GmbH 7 1.78

4 Nanotek Instruments, Inc. 7 1.78

10 Hyundai Motor Company 6 1.52

10 Universite de Montreal 6 1.52

10 International Business Machines Corporation 6 1.52


출원인별평균패 리크기

출원인별 평균 패 리 크기는 동일한 내용의 발명이 복수의 국가에 출

원된 경우 이들 특허를 패 리(대응) 특허라고 하며, 패 리 특허가 출


표 17 출원인별 특허 수준 지수

출원인 특허수 특허당 피인용수 수준 지수

General Electric Company 17 19.412 2.547

Sprint Communications Company L.P. 7 12.429 1.631

Luxon Energy Devices Corporation 11 12 1.574

Honeywell International Inc. 7 10.714 1.406

Universite de Montreal 6 9 1.181

ISE Corporation 9 4.556 0.598

Corning Incorporated 7 4.143 0.544

Nanotek Instruments, Inc. 7 4 0.525

International Business Machines Corporation 6 2.5 0.328

Hyundai Motor Company 6 1.667 0.219

Merck Patent GmbH 7 1.571 0.206

Maxwell Technologies, Inc. 7 1 0.131

그림 32 출원인별 특허수 대비 수준 지수


원된 국가의 수를 패 리 크기라 한다. 다수의 국가에서 보호 받을 가

치가 있는 특허의 경우 패 리 크기가 커지게 되며, 특허의 가치를 나

타내는 지표로 사용될 수 있다.

66 | 67

표 18 출원인별 평균 패 리 크기

출원인 특허수 평균 패 리 크기분야 평균 대비평균 패 리 크기

Merck Patent GmbH 7 10.143 3.021

Universite de Montreal 6 4.5 1.34

Sprint Communications Company L.P. 7 4.429 1.319

Corning Incorporated 7 4.143 1.234

Honeywell International Inc. 7 3.571 1.063


General Electric Company 17 2.294 0.683

Luxon Energy Devices Corporation 11 2.273 0.677

Maxwell Technologies, Inc. 7 1.857 0.553

International Business Machines 6 1.667 0.496Corporation

ISE Corporation 9 1.222 0.364

Nanotek Instruments, Inc. 7 1.143 0.34

그림 33 특허수 대비 평균 패 리 크기(출원인별)


특허의 평균 패 리 크기 분석 결과 Merck Patent GmbH가 가장 높은

값(10.143)을 보여 특허의 패 리 크기 관점에서 질적 수준이 가장 우수

한 것으로 나타냈다. 분야 평균 이상의 수준을 보이는 출원인으로는

Merck Patent GmbH(3.021), Universite de Montreal(1.34), Sprint

Communications Company L.P.(1.319), Corning Incorporated

(1.234), Honeywell International Inc.(1.063) 등이 있다.

한국특허출원인별특허수

한국 특허의 출원인을 분석한 결과 현대자동차가 전체 394건의 특허

중 1.52%(6건)를 점유하여 가장 많은 특허를 발표한 것으로 나타났다.

한국과학기술연구원은 1.02%(4건), 삼성전자는 0.76%(3건)을 점유하

여 각각 2, 3위를 차지하 다.


표 19 한국 특허 출원인별 특허수

순위 출원인 특허수 비중 (%)

1 Hyundai Motor Company 6 1.52

2 Korea Institute of Science and Technology 4 1.02

3 Samsung Electronics Co., Ltd. 3 0.76

4 Ness Capacitor Co., Ltd. 2 0.51

4 KH Chemicals Co., Ltd. 2 0.51

4 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. 2 0.51

4 `Kia Motors Corporation 2 0.51

8 Hyeon Taeg-Hwan 1 0.25

8 Viable Korea Co., Ltd. 1 0.25

8 Samsung SDI Co., Ltd. 1 0.25

8 Yomsei University 1 0.25

8 Fincell Co., Ltd. 1 0.25

8 Iljin Nanotech Co., Ltd. 1 0.25

8 Enerland Co., Ltd. 1 0.25

8 Oh Seung-Mo 1 0.25

8 LG Chem, Ltd. 1 0.25

8 Shin Corporation 1 0.25


한국특허출원인별특허수준분석

한국 특허 출원인별 특허 수준 분석은 특정 기술 분야 전체 특허의 평균

피인용수에 대한 특정 출원인 발표 특허의 평균 피인용수의 비로서 피인

용수에 기반을 둔 문헌의 질적 수준 평가 지표를 나타낸다. 특정 출원인

의 수준 지수가 1.0인 경우 해당 출원인이 발표한 논문의 평균 피인용수

가 해당 분야 전체 논문의 평균 피인용수와 같음을 의미하며, 1.0을 초

과하는 경우는 해당 분야 평균 피인용수에 비해 높음을 의미한다.

해당 기술의 한국 출원인별 수준 지수 분석 결과 Viable Korea Co.,

Ltd.가 가장 높은 값(4.33)을 보여 특허의 피인용 관점에서 질적 수준

이 가장 우수한 것으로 나타냈다. 분야 평균 이상의 수준을 보이는 한

국 출원인으로는 Viable Korea Co., Ltd.(4.33), Oh Seung-

Mo(4.33), Hyeon Taeg-Hwan(4.33), Fincell Co., Ltd.(4.33),

Iljin Nanotech Co., Ltd.(2.886) 등이 있다.

68 | 69

표 20 출원인별 특허 수준 지수

출원인 특허수 특허당 피인용수 수준 지수

Viable Korea Co., Ltd. 1 33 4.33

Oh Seung-Mo 1 33 4.33

Hyeon Taeg-Hwan 1 33 4.33

Fincell Co., Ltd. 1 33 4.33

Iljin Nanotech Co., Ltd. 1 22 2.886

Ness Capacitor Co., Ltd. 2 5.5 0.722

Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. 2 4.5 0.59

Enerland Co., Ltd. 1 4 0.525

Kia Motors Corporation 2 4 0.525


Yomsei University 1 1 0.131

Shin Corporation 1 1 0.131

KH Chemicals Co., Ltd. 2 1 0.131

Korea Institute of Science and Technology 4 0.5 0.066

Samsung Electronics Co., Ltd. 3 0.333 0.044

Samsung SDI Co., Ltd. 1 0 0

LG Chem, Ltd. 1 0 0


세계핵심경쟁자리스트

핵심 경쟁자 리스트는 특허수(P) 기준으로 상위 30위까지 제시하며,

부가적으로 핵심 경쟁자의 수준 지수(Q), 분야 평균 대비 평균 패 리

크기 값을 함께 제공한다.


표 21 핵심 경쟁자 리스트

순 핵심 경쟁자(출원인) 특허수 수준 지수 분야 평균 대비위 (P) (Q) 평균 패 리 크기

1 General Electric Company 17 2.547 0.683

2 Luxon Energy Devices Corporation 11 1.574 0.677

3 ISE Corporation 9 0.598 0.364

4 Honeywell International Inc. 7 1.406 1.063

5 Nanotek Instruments, Inc. 7 0.525 0.34

6 Sprint Communications Company L.P. 7 1.631 1.319

7 Corning Incorporated 7 0.544 1.234

8 Merck Patent GmbH 7 0.206 3.021

9 Maxwell Technologies, Inc. 7 0.131 0.553

10 International Business Machines Corporation 6 0.328 0.496

11 Hyundai Motor Company 6 0.219 0.844

12 Universite de Montreal 6 1.181 1.34

13 AVX Corporation 5 4.303 1.727

14 Korea Institute of Science and Technology 4 0.066 0.819

15The United States of America as represented by

4 0.361 0.298the Secretary of the Navy

16 General Motors Corporation 4 4.526 0.745

17 Intel Corporation 4 0.59 0.298

18 Centre National de la Recherche Scientifique 4 1.64 1.489

19 Energy Storage Systems PTY LTD 4 0.886 1.266

20 Wisconsin Alumni Research Foundation 4 0.394 0.968

21 Cap-XX Limited 3 0.088 1.39

22 ACEP Inc. 3 0.088 1.489

23 Taiwan Textile Research Institute 3 0 0.695

24 Samsung Electronics Co., Ltd. 3 0.044 0.695

25 American Technical Ceramics Corporation 3 0.219 2.68

26 Alcatel 3 1.181 1.092

27 TPL, Inc. 3 0.918 0.695

28 U.S. Nanocorp, Inc. 3 0.962 0.298

29 ACEP, Inc. 3 2.274 1.489

30 The Regents of the University of California 3 1.837 0.695


해결 과제 및 향후 전망슈퍼커패시터(Supercapacitor)



해결과제

슈퍼커패시터에서 해결해야하는 문제점으로는 주원료의 높은 가격, 회

로 설계자의 인식 부족, 친환경 부품의 촉진 정책 부족, 고출력 및 높은

신뢰성있는 제품 개발 등을 들 수 있다.

원료의 높은 가격으로 인한 높은 가격

현재 슈퍼커패시터의 전극 활성물질로 사용되는 활성탄은 우리나라의

경우 일본으로부터 대부분 수입에 의존하고 있고 통상적인 가격은

50,000~200,000원/kg에 달하여 원가비중이 매우 높은 편이다.

국내에서 전해액은 SK케미컬 등에서 생산하고 있으나 분리막, 도전

재료, 바인더 등도 모두 수입에 의존하고 있을 뿐만 아니라 가격이 높

기 때문에 산업 확장에 걸림돌이 되고 있다. 주요 소재의 국산화가 필

수적인 상태이며 최근 GS칼텍스와 썬텔 등에서 활성탄 소재에 대한 국

산화를 추진하고 있어 개발이 완료되면 수입 대체 효과와 가격 인하 요

건이 발생할 것으로 예상되고 있다.

초고용량 커패시터의 전해액을 제외한 전극활성 물질, 분리막, 도전

재료, 바인더 등 수입에 의존하기 때문에 가격 경쟁력에서 떨어진다.

슈퍼커패시터가 해외에서 시장경쟁력을 확보하기 위해서는 주요 소재의

국산화를 통한 가격 경쟁력이 요구된다. 슈퍼커패시터의 가격경쟁력을

해결과제및향후전망

해결과제및향후전망


높이려는 방안으로는 고전압 전해질 최적화 및 고 도 전극 제조 기

술의 국산화, 슈퍼커패시터의 제조공정 및 공정 품질 최적화에 따른

제조공정 비용 최소화하는 방안이 있다.

회로 설계자의 인식 부족

슈퍼커패시터는 높은 출력 등 뛰어난 성능에도 불구하고 설계자들의

부품에 대한 인식이 부족하여 최적화 설계를 하지 못하고 있는 상황이

다. 따라서 제품의 적극적인 홍보 등을 통하여 슈퍼커패시터가 성능을

최적화시킬 수 있는 다양한 응용분야에 적용될 수 있도록 노력이 필요

하다.

친환경 부품의 촉진정책 부족

슈퍼커패시터는 한번 회로에 탑재되면 교체비용이 발생하지 않고 폭발

의 위험도 없는 대표적인 친환경적인 부품이다. 대부분의 백업전원이

비용문제로 인하여 1차전지 등 환경 친화적이지 못한 부품을 사용하고

있으므로 정책적으로 환경적인 부품을 사용할 수 있는 지원이 시급한

실정이다. 국내 슈퍼커패시터 기업에 대한 관심부족으로 NESSCAP과

같은 초창기 기업은 미국계로 인수되었으며, 현재도 많은 기업 들이 관

심을 가지고 있으나 시장진입을 주저하는 상황이다.

초고용량 커패시터는 친환경적인 부품임에도 불구하고 1차전지에 비

해 높은 비용으로 수요가 낮을 뿐만 아니라 국내 슈퍼커패시터 기업에

대한 관심부족으로 시장진입이 어렵다. 정책적으로 친환경적적인 부품

을 사용할 수 있도록 지원 및 연구개발비 및 세제 지원 등으로 국내에

서 핵심소재에 대한 집중육성 등의 정책이 필요하다.

국내 핵심소재산업 육성 부족

슈퍼커패시터의 핵심소재는 활성 물질, 도전 재료, 바인더, 전해액, 분

리막 등이 있으나 전해액을 제외한 대부분이 수입에 의존하고 있는 실정

이다. 전극 활성 물질로 사용되는 활성탄의 경우 국내에도 많은 활성탄

제조업체가 있으나, 기술적인 장벽과 정책적인 육성이 부족하여 시장진

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입을 꺼리고 있다. 연구개발비 및 세제 지원 등으로 국내에서 핵심소재

에 대한 집중육성으로 부품산업과의 연계성을 강화할 필요가 있다.

고출력과 높은 신뢰성에 대한 요구

수용계 제품군은 전해액이 황산계열이 사용됨에 따라 집전체와 케이싱

등 애로기술이 많이 존재하며 전자제품의 출력보상 용도 및 높은 신뢰

도를 위하여 슬림형의 저저항 제품기술이 요구되고 있다. 일본, 미국

등 선진국과의 전략적 제휴, 인력파견/유치를 통한 협력이 필요하며 기

술연수를 통한 협력도 고려할 수 있다.

향후전망

슈퍼커패시터는 반 구적인 수명, 순간 고출력, 급속 충전·방전, 친

환경소재에 따른 안전성 등 장점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 2차 전지

와 같은 에너지 저장 장치의 기능과 성능을 포함하고 있다. 또한 슈퍼

커패시터의 구조의 안정적인 표면흡착 반응을 이용하여, 백 만회 이상

의 충전·방전이 가능하여 반 구적으로 사용할 수 있다. 주로 사용하

는 탄소는 친환경소재로 환경의 문제를 일으키지 않기 때문에 차세대

유망 저장장치로서 많은 기대를 갖고 있다.

슈퍼커패시터 기술은 전기자동차, 휴대용 통신기기 전원, 군사/우주항

공용으로 요구되는 고효율, 고출력, 고속충전, 장수명 등의 장점을 모

두 갖추고 있어 앞으로 성장 가능성이 매우 높다.

슈퍼커패시터는 미래형 자동차에 필수적으로 사용되는 에너지 저장장

치로서도 앞으로 최적화된 제어시스템 기술이 개발되면 현재 사용되고

있는 중?대형 전지를 모두 대체할 수 있기 때문에 파급효과는 상당할

것으로 예상된다. 또한, 슈퍼커패시터는 앞으로 소형, 박막, 경량화를

통한 고성능과 고효율 그리고 고출력을 실현하기 위한 개발과 다른 분

야와의 융합 기술로의 성장이 예상된다.

일반적으로 안정적인 시장의 확보 또는 성장을 위해서는 그 제품만의

독보적인 시장 역이 필요하다. 슈퍼커패시터의 사용을 백업용에 한정

PART 5 해결과제및향후전망


하기 보다는 다양한 응용분야를 개척하는 것이 필요하다.

슈퍼커패시터의 기술개발을 통해 얻을 수 있는 경제 산업적 파급효과

는 수입 대체 및 수출로서 역할이 가능할 것이다. 이를 위해 다양한 신

규에너지 시장에서의 용도별 적용 가능한 새로운 복합전극의 형태가 개

발되어야 하며, 이를 이용한 초고용량 커패시터의 제품화와 저가의 고

성능 초고용량 커패시터를 제조 기술의 확립이 필요하다.

슈퍼커패시터는 휴대전자기기의 발달과 함께 초소형 제품의 매출이 성

장에 따라 슈퍼커패시터 시장도 성장할 것으로 예상한다. 휴대용 전자

제품의 융합화로 인한 고출력, 고신뢰성 수요 증가 추세는 슬림형 슈퍼

커패시터 제품 시장 성장에 긍정적으로 작용하고 있으며, 앞으로 고출

력, 고신뢰성, 슬립타입(4.2V, 0.047F) 제품의 수요가 증가할 것으로

전망된다.

이러한 전망에 따라 초고용량 커패시터가 차세대 에너지 저장 및 공급

장치로 확고한 위치를 가지기 위해서는 주원료의 저가격화, 친환경화,

고출력과 고신뢰성 확보, 슬림화에 대한 시장 니즈를 충족시킬 수 있는

기술 개발이 요구된다.

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