슈퍼커패시터 대 배터리: 차이점은 무엇입니까?
게시 됨: 2022-06-25
슈퍼커패시터는 1950년대부터 존재했지만 그 잠재력이 명확해진 것은 최근 몇 년 사이입니다. 배터리처럼 에너지를 저장하지만 완전히 다른 원리를 사용하는 이러한 컴퓨터 구성 요소를 살펴보겠습니다.
커패시터 란 무엇입니까?
슈퍼커패시터를 다루기 전에 슈퍼커패시터를 특별하게 만드는 것이 무엇인지 보여주기 위해 일반 커패시터가 무엇인지 빠르게 설명할 가치가 있습니다. 컴퓨터 마더보드나 거의 모든 회로 기판을 본 적이 있다면 이러한 전자 부품을 본 적이 있을 것입니다.
커패시터는 정전기를 정전기장으로 저장합니다. 이것은 양말을 신고 카펫을 가로질러 걸을 때 발생하는 것과 같은 일이며 전하가 축적되어 문 손잡이를 만질 때만 방전됩니다. 당신은 커패시터 역할을 하고 있었다!
일반적인 커패시터 내부에는 절연 물질로 분리된 두 개의 도체가 있습니다. 한 도체에는 양전하가 축적되고 다른 도체에는 음전하가 축적됩니다. 따라서 두 판 사이에 정전기장이 있습니다. 커패시터를 설계하는 방법에는 여러 가지가 있지만 모두 두 개의 전하판과 절연체(유전체)의 기본 구성 요소를 가지고 있습니다. 절연체는 공기, 세라믹, 유리, 플라스틱 필름일 수 있습니다. 액체, 또는 전기 전도에 나쁜 다른 것.
커패시터는 전자 제품에서 많이 사용됩니다. 컴퓨터 및 기타 디지털 시스템에서는 일시적인 정전이 발생하더라도 정보가 손실되지 않도록 합니다. 또한 민감한 전자 제품을 손상시킬 수 있는 전기 서지를 제거하는 필터 역할도 합니다.
커패시터와 배터리의 차이점
커패시터와 배터리는 전력을 저장했다가 필요할 때 해제할 수 있다는 점에서 유사합니다. 가장 큰 차이점은 커패시터는 전력을 정전기장으로 저장하는 반면 배터리는 화학 반응을 사용하여 전력을 저장했다가 나중에 방출한다는 것입니다.
배터리 내부에는 두 개의 단자(양극과 음극)가 있으며 그 사이에 전해질이 있습니다. 전해질은 이온을 포함하는 물질(보통 액체)입니다. 이온은 전하를 띤 원자 또는 분자입니다.
또한 전해질 내부에는 이온만 통과할 수 있는 분리기가 있습니다. 배터리를 충전하면 이온이 분리막의 한쪽에서 다른 쪽으로 이동합니다. 배터리를 방전하면 반대 현상이 발생합니다. 이온의 움직임은 화학적으로 전기를 저장하거나 저장된 화학 에너지를 전류로 되돌립니다.
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커패시터 대 슈퍼커패시터
슈퍼커패시터는 울트라커패시터 또는 이중층 커패시터라고도 합니다. 슈퍼 커패시터와 일반 커패시터의 주요 차이점은 커패시턴스입니다. 이는 슈퍼커패시터가 일반 커패시터보다 훨씬 더 큰 전기장을 저장할 수 있음을 의미합니다.
이 다이어그램에서 슈퍼커패시터와 관련하여 또 다른 주요 차이점을 볼 수 있습니다. 배터리와 마찬가지로(기존 커패시터와 달리) 슈퍼커패시터에는 전해질이 있습니다. 이것은 전하를 유지하기 위해 정전기 및 전기화학적 저장 원리를 모두 사용한다는 것을 의미합니다.
이것은 지나치게 단순화한 것이며 이에 대한 기술적인 측면은 설명하는 데 훨씬 더 오래 걸릴 것입니다. 슈퍼커패시터에 대해 알아야 할 가장 중요한 점은 커패시터와 동일한 일반 특성을 제공하지만 기존 설계보다 몇 배나 많은 에너지 저장 및 에너지 전달을 제공할 수 있다는 것입니다.
슈퍼커패시터의 장단점
슈퍼커패시터는 예를 들어 리튬 이온 배터리에 비해 많은 이점을 제공합니다. 슈퍼커패시터는 배터리보다 훨씬 빠르게 충전할 수 있습니다. 전기화학적 공정은 열을 생성하므로 치명적인 배터리 고장을 방지하기 위해 안전한 속도로 충전해야 합니다. 슈퍼커패시터는 같은 이유로 전기화학 배터리보다 훨씬 빠르게 저장된 전력을 전달할 수 있습니다. 배터리가 너무 빨리 방전되면 치명적인 고장으로 이어질 수도 있습니다.
슈퍼커패시터는 또한 배터리, 특히 리튬 이온 배터리보다 훨씬 더 내구성이 있습니다. 휴대폰, 노트북 및 전기 자동차에 있는 배터리는 수백 번 충전하면 닳기 시작하지만 슈퍼커패시터는 성능 저하 없이 백만 번 이상 충전 및 비울 수 있습니다. 전압 전달도 마찬가지입니다. 12V 배터리는 몇 년 안에 11.4V만 제공할 수 있지만 슈퍼커패시터는 10년 이상 사용하면 동일한 전압을 제공합니다.
리튬 이온 배터리와 비교할 때 가장 큰 단점은 슈퍼커패시터가 저장된 전력을 리튬 이온 배터리만큼 천천히 방전할 수 없다는 점입니다.
따라서 글을 쓰는 시점에서 슈퍼커패시터는 리튬 이온 배터리나 기타 배터리 기술에 대한 드롭인 대체품이 아니지만 슈퍼커패시터가 완벽한 직업이 점점 늘어나고 있습니다.
슈퍼커패시터 제품
슈퍼커패시터가 포함된 제품을 사용해 보았지만 그 사실조차 몰랐을 것입니다. 최초의 슈퍼커패시터는 1950년대에 General Electric 엔지니어인 Howard Becker에 의해 만들어졌습니다. 1978년 NEC는 "슈퍼커패시터"라는 이름을 만들고 이 장치를 컴퓨터 메모리의 백업 전원 형태로 사용했습니다.
오늘날에는 랩톱, GPS 장치, 휴대용 컴퓨터, 카메라 플래시 및 기타 여러 전자 장치에서 찾을 수 있습니다. Coleman FlashCell은 배터리 대신 슈퍼커패시터를 사용했습니다. 즉, 기존 배터리 구동 모델의 절반으로 작동했지만 몇 시간이 아닌 90초 만에 충전되었습니다.
마찬가지로 Samsung Galaxy Note 9의 S-Pen은 스타일러스의 무선 기능에 전원을 공급하기 위해 슈퍼 커패시터를 사용했습니다. 전력을 많이 사용하거나 30초 동안 대기하면 전력이 소진되지만 다시 충전하는 데는 40초 밖에 걸리지 않습니다.
슈퍼커패시터는 하이브리드 및 전기 자동차의 세계에서도 자리를 찾고 있습니다. 동적 단기 부하인 회생 제동의 동력을 포착하고 해제하는 데 적합합니다. 대중 교통 버스 또는 트램과 같은 차량도 슈퍼 커패시터에 적합합니다. 몇 초 또는 몇 분 안에 다시 충전할 다음 정류장에 도달하는 데 충분한 전력만 있으면 됩니다. 슈퍼커패시터는 실제로 마모되지 않기 때문에 이 고정된 대중 교통 주기는 이 기술에 대해 많은 의미가 있습니다.
슈퍼커패시터는 에너지 저장의 미래인가?
슈퍼커패시터에 대한 연구가 진행됨에 따라 언젠가 슈퍼커패시터 배터리를 갖게 될 것 같습니다. 이들은 슈퍼커패시터의 내구성과 속도를 가지지만 에너지 밀도와 배터리의 긴 작동 시간을 가진 장치가 될 것입니다. 2016년에 센트럴 플로리다 대학의 과학자들은 현재의 슈퍼커패시터보다 에너지 밀도가 높고 성능 저하 없이 30,000번의 충전 주기를 가진 유연한 슈퍼커패시터 프로토타입을 만들었습니다.
나노 규모의 새로운 재료와 그래핀에 대한 실험은 모두 훨씬 더 높은 에너지 밀도를 가진 슈퍼커패시터가 가능하다는 가능성을 가리킵니다. 리튬 이온 배터리와 일치하지 않더라도 사용 가능한 충전량과 빠른 재충전 시간으로 인해 배터리가 현재 역할을 수행하는 위치에 놓일 수 있습니다.
그런 다음 다시 슈퍼 커패시터와 경쟁하는 다른 기술이 있습니다. 그 중 가장 중요한 것은 전설적인 고체 배터리이며 최근에는 그래핀이 주입된 전통적인 리튬 이온 배터리도 가능성을 보여주고 있습니다. 빠른 충전, 내구성, 에너지 밀도가 높은 기술이 경쟁에서 이기더라도 우리 모두가 승자가 될 것입니다.
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