초록 ▼

I. 제 목 고전압/초고용량 캐패시터 개발 . 연구개발의 목적 및 필요성 1. 고전압 캐패시터 개발: - 펄스파워용 고전압 캐패시터 개발 (민수용) = 정격전압 : 30kV = 에너지용량 : 50kJ = 에너지밀도 : 1.0kJ/kg = 인덕턴스 : 40nH - 전열/전자 추진시스템용 고전압 캐패시터 개발 (군수용) = 정격전압 : 40kV = 에너지용량 : 125kJ = 에너지밀도 : 1.0kJ/kg = 인덕턴스 : 40nH 2. 초고용량 캐패시터 개발 - 차량(EV/HEV)용 초고용량 캐패시터 개발 (민수용) = 출력 : 25K

I. 제 목 고전압/초고용량 캐패시터 개발 . 연구개발의 목적 및 필요성 1. 고전압 캐패시터 개발: - 펄스파워용 고전압 캐패시터 개발 (민수용) = 정격전압 : 30kV = 에너지용량 : 50kJ = 에너지밀도 : 1.0kJ/kg = 인덕턴스 : 40nH - 전열/전자 추진시스템용 고전압 캐패시터 개발 (군수용) = 정격전압 : 40kV = 에너지용량 : 125kJ = 에너지밀도 : 1.0kJ/kg = 인덕턴스 : 40nH 2. 초고용량 캐패시터 개발 - 차량(EV/HEV)용 초고용량 캐패시터 개발 (민수용) = 출력 : 25KW급(1can기준) = 최대충전인가전압 : 150V(DC) = 에너지밀도 : 6Wh/kg 이상 = 동력밀도 : 2.5kW/kg 이상 - 첨두전력보상기용 초고용량 캐패시터 개발 (군수용) = 출력 : 10kW급(1can기준) = 최대충전인가전압 : 25V(DC) = 에너지밀도 : 5Wh/kg 이상 = 동력밀도 : 3kW/kg 이상 . 연구개발의 내용 및 범위 1. 고전압 캐패시터 - 캐패시터 설계 및 제조기술 개발 - 특성분석 및 성능평가 기술 개발 - 시작품 제작 - 개발시험 및 실증 적용시험 2. 초고용량 캐패시터 - 전극/전해질 소재 특성연구 - 설계제작 최적화 기술 개발 - 시제품 제작 및 성능 평가 - 시제품 실증 적용시험 . 연구개발 결과 1. 고전압 캐패시터 - 캐패시터 기본 설계기술 개발 - 캐패시터 성능 검증 시도 - 유전체 기본특성 연구 - 금속증착기술 연구 - 캐패시터 제조 공정기술 연구 2. 초고용량 캐패시터 - 탄소계, 고분자계, 금속산화물계 전극 특성 연구 - 고분자전해질 적용 연구 - 대면적 전극 제조 - 시제품 제작 및 성능 평가 (2.7V, 1200F) . 연구개발 결과의 활용계획 1. 고전압 캐패시터 - 소용량 캐패시터에의 응용 - 캐패시터용 유전체 필름(PP 등)의 국산화 - 설계 검증기술의 기타 중전기기에의 적용 2. 초고용량 캐패시터 - 소재기술개발로 원가절감 효과 - 초고용량 캐패시터 제작의 국산화 - 성능평가기술개발로 캐패시터 응용분야 확대

Abstract ▼

I.Title Development of High- Voltage Capacitors and Supercapacitors .Objectives and Necessity 1. High-Voltage Capacitors - High Voltage Pulsed Power Capacitors (civilian sector) = Rated Voltage : 30kV (25kV) = Energy Capacity : 50kJ (20kJ) = Energy Density : 1.0kJ/kg = Inductance : 40nH - Capacitors

I.Title Development of High- Voltage Capacitors and Supercapacitors .Objectives and Necessity 1. High-Voltage Capacitors - High Voltage Pulsed Power Capacitors (civilian sector) = Rated Voltage : 30kV (25kV) = Energy Capacity : 50kJ (20kJ) = Energy Density : 1.0kJ/kg = Inductance : 40nH - Capacitors for Military Weapons (military sector) = Rated Voltage : 40kV = Energy Capacity : 125kJ = Energy Density: 1.0kJ/kg = Inductance : 40nH 2. Supercapacitors - Supercapacitors for EV/HEV (civilian sector) = Power : 25kW (1can) = Maximum Voltage : 150V(DC) = Energy Density : more than 6Wh/kg = Power Density : more than 2.5kW/kg - Supercapacitors for Peak Power Compensator (military sector) = Power : 10kW (1can) = Maximum Voltage : 25V(DC) = Energy Density : more than 5Wh/kg = Power Density : more than 3kW/kg .Contents and Scope 1. High-Voltage Capacitors - Development of capacitor design and manufacturing technologies - Analysis of the characteristics and development of performance evaluation technology - Manufacture of model capacitor - Development and application test 2. Supercapacitors - Study on the fundamental properties for electrode/electrolyte materials - Development of design/fabrication optimization technology - Manufacture and performance evaluation of prototype supercapacitor - Application and demonstration of prototype supercapacitor .Results 1. High-Voltage Capacitors - Development of fundamental capacitor design technologies - Performance evaluation of capacitor - Study on the basic characteristics of dielectrics - Study on the vaporization technology of metalized electrode - Study on the manufacturing process of capacitor 2. Supercapacitors - Study on the characteristics of activated carbon, conducting polymer and metal oxide electrode - Study on the polymer electrolyte - Fabrication of the large- area electrode - Fabrication and performance evaluation of prototype supercapacitor (2.7V, 1200F) .Application Plan 1. High-Voltage Capacitors - Applications to small capacity capacitors - Development of Dielectric Films for capacitors - Applications of evaluation technology to other power apparatus 2. Supercapacitors - Cost- down according to the development of material - Localization of supercapacitor product - Facilitation of application field by the development of the performance evaluation technology

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...17
• 제 1 절 국내 기술 현황...17
• 제 2 절 국외 기술 현황...19
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과- 고전압 캐패시터 개발...26
• 제 1 절 금속증착형 캐패시터의 주요 특성...26
• 1. 전극분리형 캐패시터와 금속증착형 캐패시터의 비교...26
• 2. 자기소호(self-healing or clearing)[1,2]...29
• 3. 금속증착형 캐패시터의 이점...35
• 4. 금속증착형 캐패시터의 한계...35
• 제 2 절 캐패시터 기본 설계 기술...36
• 1. 9kV 830 펄스파워용 캐패시터 설계...37
• 가. 정전용량산정...38
• 나. 전극구조 및 절연설계...38
• 2. 10kV 800 펄스파워용 캐패시터 설계...45
• 3. 20kV 200 펄스파워용 캐패시터 설계...47
• 제 3 절 캐패시터 설계검증을 위한 전계 해석...48
• 제 4 절 성능 평가 설비 설계, 제작 및 시험...53
• 제 5 절 금속박막 증착기술...61
• 1. 개요...61
• 2. 증착조건에 따른 박막의 특성변화...61
• 가. 실험조건...61
• 나. 특성 측정...62
• 다. 결과 및 고찰...64
• 라. 결론...64
• 3. 증착장비의 설계...64
• 4. Zn 증착 필름의 seed layer 성분에 따른 내식특성 연구...65
• 제 6 절 Termination 기술...67
• 제 7 절 캐패시터 제조 공정 기술...68
• 1. 소자권취, 조립...69
• 2. 건조...69
• 3. 절연유 함침 유량조정...70
• 제 8 절 유전체/모델캐패시터 특성 연구...75
• 1. 개요...75
• 2. 실험...76
• 가. 실험개요...76
• 나. 시료제작...78
• 다. 실험장치구성 및 실험방법...79
• 3. 결과 및 고찰...85
• 가. 마진에 따른 연면방전 특성...85
• 나. 폴리프로필렌필름의 전기적 특성...89
• 다. 셀프힐링시 증착금속 비산...92
• 라. CP/PP 복합유전체의 전기적 특성...101
• 마. 셀프힐링 발생 및 진전과정...106
• 4. 결론...108
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과- 초고용량 캐패시터 개발...111
• 제 1 절 전기 전도성 고분자 전극 개발...111
• 1. 개요...111
• 2. 실험...113
• 가. Polypyrrole(PPy)의 합성...113
• 나. Active carbon powder(ACP)/PPy 복합체의 합성...113
• 다. 전극제조...113
• 라. Polyaniline의 합성...115
• 마. Polypyrrole의 전기 화학적 합성...115
• 바. Polypyrrole합성 셀의 구성...115
• 사. 분석...118
• 3. 연구결과...119
• 제 2 절 다공성 고분자 전해질 제조 (Bellcore Process)...148
• 1. 실험...148
• 가. 고분자의 특성화...148
• 나. 고분자 전해질의 제조...148
• 다. 전극 제조...150
• 라. EDLC 단위 셀의 제조...150
• 마. DSC 열분석...150
• 바. FTIR 분석...150
• 사. 이온 전도도 측정...151
• 아. 점도 측정...151
• 자. 전기화학적 특성...151
• 2. 연구결과...152
• 가. 고분자의 특성화...152
• 나. 이온 전도 특성에 미치는 DBP의 영향...152
• 다. 이온 전도 특성에 미치는 silica의 영향...159
• 라. 이온 전도 특성에 미치는 전해액 내의 이온 종류의 영향...162
• 마. 전기화학적 안정성...163
• 바. Activated carbon fiber(ACF)/고분자 전해질의 계면 특성...163
• 사. 다공성 고분자 전해질과 젤 고분자 전해질의 차이점...164
• 아. 액체 전해액의 영향...166
• 자. 전류밀도의 영향...166
• 제 3 절 PVdF- HFP계 고분자 전해질 개발 (Gel Process)...177
• 1. 실험...177
• 가. PVdF-HFP계 고분자 전해질의 제조...177
• 나. GFC(glass fiber cloth)을 이용한 고분자 전해질의 제조...178
• 2. 연구결과...179
• 가. PVdF-HFP계 전해질의 이온 전도성...179
• 나. PVdF-HFP계 전해질의 열적 특성...183
• 다. PVdF-HFP계 고분자 전해질에 대한 cell 특성...184
• 라. GFC를 이용한 고분자 전해질에 대한 cell 특성...190
• 제 4 절 ACF/Al, ACF/AC, AC/Ni-foam 복합전극 개발...193
• 1. 실험...193
• 가. 활성탄소섬유 전극소재...193
• 나. ACF/AC 복합전극 제조...195
• 다. AC/Ni- foam 복합전극 제조...195
• 라. Cell Test 방법...195
• 2. 연구결과...195
• 가. ACF/Al 복합전극의 cell test 특성...195
• 나. ACF/AC 복합전극의 cell test 특성...199
• 다. AC/Ni- foam 복합전극의 cell test 특성...201
• 라. 대면적 (15 16OE ) 단위 cell 제조 및 특성 분석...214
• 제 5 절 니켈산화물 전극의 셀(cell) 특성...216
• 1. 개요...216
• 가. Pseudocapacitors의 원리 및 특성...216
• 나. 금속산화물을 이용한 Supercapacitor...221
• 2. 실험...230
• 3. 연구결과...231
• 제 6 절 활성탄을 이용한 초고용량 캐패시터 개발...236
• 1. 개요...236
• 가. 초고용량 캐패시터의 작동원리...236
• 나. 탄소계 소재의 연구...239
• 다. 전해질의 연구...250
• 라. 다공성 전극에서의 임피던스 특성...257
• 2. 실험...267
• 가. 활성탄 전극제조...267
• 나. 전기화학 기초 실험...268
• 다. 초고용량 캐패시터 조립...269
• 라. 측정 및 평가...271
• 3. 전극/전해질의 전기화학적 특성 평가...272
• 가. 활성탄과 전해질의 기본특성...272
• 나. 활성탄의 기공 특성에 의한 효과...277
• 다. 활성탄의 전기화학적 안정성 측정...287
• 라. XPS 분석을 통해 본 사용 후 전극의 원소 분석...297
• 마. 전기화학적 특성 실험의 결론...303
• 4. 대형 셀 접합 제작 기술과 대형 셀 특성 측정...304
• 가. 대형 셀의 제작기술...304
• 나. 새로 개발된 시제품과 기존 제품의 Spec. 비교...307
• 다. 시제품의 특성 평가...308
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...319
• 제 1 절 연구개발목표 달성도...319
• 제 2 절 대외 기여도...321
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...322
• 제 6 장 참고문헌...324