초록 ▼

1. 최종목표
초고용량 커패시터의 경우 기존의 전해커패시터에 비해 에너지 밀도는 비약적으로 발전되었지만 리튬이차전지에 비해서는 낮으며 기존의 커패시터의 장점인 장기수명과 높은 출력밀도를 유지하며 에너지 밀도를 향상시키고자 연구개발이 이루어지고 있다. 에너지 밀도의 향상 방향은 전극 활물질의 개선 및 개발로 에너지 밀도를 높이는 방법과 전해액 및 전극셀 구성을 통한 전압 향상으로 에너지 밀도를 높이는 방법이 있으며, 본 과제에서는 ESD를 이용한 에너지 저장용 촉매전극제조 방법의 확립 및 이를 이용한 2.7V 22F급의 Supe

1. 최종목표
초고용량 커패시터의 경우 기존의 전해커패시터에 비해 에너지 밀도는 비약적으로 발전되었지만 리튬이차전지에 비해서는 낮으며 기존의 커패시터의 장점인 장기수명과 높은 출력밀도를 유지하며 에너지 밀도를 향상시키고자 연구개발이 이루어지고 있다. 에너지 밀도의 향상 방향은 전극 활물질의 개선 및 개발로 에너지 밀도를 높이는 방법과 전해액 및 전극셀 구성을 통한 전압 향상으로 에너지 밀도를 높이는 방법이 있으며, 본 과제에서는 ESD를 이용한 에너지 저장용 촉매전극제조 방법의 확립 및 이를 이용한 2.7V 22F급의 Super Capacitor 개발에 최종목표가 있다

2.개발내용 및 결과
○ Hybrid Capacitor 전극 설계, 제조 및 전기화학적 특성 평가
상기 활성탄 및 금속산화물 전극슬러리를 믹싱, 코팅, 프레스 한 다음, 기초 전기화학적 특성 평가에 의거하여 Hybrid Capacitor용 전극을 제조하였다. 이들 전기화학적 특성 평가 결과, 양극에 쓰이는 활성탄 전극과 음극에 쓰인 리튬산화물 전극의 전극최적화를 부피비 1 : 6, 질량비 1 : 2일 때, 에너지 밀도를 높이기 위한 전극촉매층 코팅방법 개발과 Hybrid Capacitor의 출력특성을 개선하기위한 도전성 코팅액 최적화를 이루었다.

평가항목:전극용량(F/g)
개발 목표치:250
평가결과:250
달성도(%):100

평가항목:전극저항(Ω)
개발 목표치:0.5
평가결과:0.5
달성도(%):100

평가항목:셀용량(F)
개발 목표치:22
평가결과:22
달성도(%):100

평가항목:셀전압(V)
개발 목표치:2.7
평가결과:3.0
달성도(%):100

평가항목:셀저항(mΩ)
개발 목표치:20
평가결과:18
달성도:100

평가항목:셀수명(화)
개발 목표치:100,000
평가결과:100,000
달성도:100

3. 기대효과 (기술적 및 경제적 효과)
기술적 측면으로 휴대전화, 노트북 등 Mobile IT 전원용으로 사용되어왔던 리튬이차전지를 대체가능하며, 대체에너지 및 신재생에너지용 에너지저장장치로서 응용분야 확대를 기대할 수 있다.
경제적 측면으로 최근 중대형 시장의 확대는 신기술의 양산화로 인하여 2020년 이후의 3조원 이상의 시장 형성을 할 것으로 예상된다.

4. 적용분야
본 시제품은 전력·배전분야에서는 순간전압저하 보상장치(UPS)를 비롯하여, 자연에너지의 축전·전력 평준화용으로 실용화가 검토될 수 있으며, 이 분야는 고출력·축전 에너지와 더불어 유지보수와 수명 혹은 환경적응에 대한 기대가 부합하여 서서히 시장에서의 적용이 진행되고 있다.
한편, Hybrid 자동차의 비상용 전원으로 일부 사용될 수 있고, 점차 성능이 개선되어 보조전원으로서 역할도 가능성을 열어두고 있다.

(출처:보고서 초록 p.3)

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2최종보고서 초록 ... 3목차 ... 4제1장 서 론 ... 6 제1절 기술개발의 개요 ... 6 1. Supercapacitor의 개요 ... 6 2. ESD(Electrostatic Spray Deposition)개요 ... 10 제2절 연구개발 동향 및 시장현황 ... 11 1. ESD의 연구개발 동향 ... 11 2. Supercapacitor의 시장현황 ... 17제2장 기술개발 내용 및 방법 ... 23 제1절 도전성 코팅액의 제조 ... 23 1. 도전성 코팅액의 개요 ... 23 2. 도전성 코팅액 제조공정 ... 37 3. 도전성 코팅액 제조 ... 41 제2절 Undercoating 및 전극 제조 ... 44 1. Undercoating 적용 ... 44 2. 활성탄 슬러리 제조 및 전극 제조 ... 46 제3절 코팅 전극제조 ... 52 1. ESD 코팅액의 제조 ... 52 2. 제조된 코팅액 물리적 특성평가 ... 56 3. ESD 코팅 공정 ... 59 4. ESD 코팅시험 ... 62 제4절 ESD 코팅 전극 평가 ... 65 1. Half Cell 제조 ... 65 2. ESD 코팅 전극의 전기화학적 특성평가 ... 66 제5절 3.0V 22F Hybrid capacitor 제조 ... 70 1. 양극 활성탄 코팅전극 제조 ... 70 2. 음극 ESD 코팅 음극 LTO 전극 제조 ... 71 3. 셀 설계 및 제조 ... 71 4. 전해액 선정 ... 73 제6절 2.7V 22F Hybrid capacitor 전기화학적 성능평가 ... 79 1. 성능평가 방법 ... 79 2. 성능평가 ... 81 제7절 Hybrid capacitor 셀 밸런싱 및 최적화 ... 87 1. 전극 전위와 커패시터의 전압설계 및 용량설계 수정 ... 87 2. 양극의 과전압 확인 ... 88 3. 양극/음극의 용량비에 따른 전위균형 ... 90 4. 셀 극판 재설계 ... 95제3장 결 론 ... 96 제1절 목표대비 실적 ... 96 1. 전극용량 ... 96 2. 전극저항 ... 97 3. 셀 용량(Cycle별 용량 / 5회 평균용량 / 정전류 충방전) ... 97 4. 셀 저항 ... 98 5. 수명평가 ... 99 제2절 기대효과 ... 100 제3절 활용방안 ... 102 제4절 사업화 방안 ... 106 1. 제품개발 및 신뢰성 (Reliability) 인증 확보 계획 ... 106 2. 양산 및 판로 확보 계획 ... 109 3. 사업화 계획 ... 110끝페이지 ... 111