신재생DIY - 슈퍼콘덴서

커패시터(혹은 콘덴서)의 성능 중 특히 전기 용량의 성능을 중점적으로 강화한 것으로서, 전지의 목적으로 사용하도록 한 부품. 전자 회로에사용되는 커패시터는 전기적으로 충전지와 같은 기능을 갖는다. ‘전력을 모아서 필요에 따라 방출한다’는 것이 기본 취지이며, 전자 회로를안정되게 동작시키기 위해서는 반드시 필요한 부품중의 하나이다. 충·방전을 반복하는 환경에서 오랜 시간이 경과해도 안정되게 동작한다.보통 교류 전원으로부터 공급받아 충전해 두고 전원이 끊어진 경우에 소전력을 공급할 목적으로 사용된다. 보통 기기 내부에 설치되어 있으며, 설정용 메모리에 전력을 일시적으로 공급하거나 정전시 동작하는 안전기기 등에 이용되고 있다.

1970년대쯤 진공관으로 음악을 듣는 증폭기를 만들려면 정류회로의 평활용 콘덴서는 20 20 15/450V라는 복합형 케미컬 콘덴서가 일반적으로 사용됐었다. 이용량을 쉽게 설명하면 백만분의 20패럿 즉, 20㎌가 두개 15㎌ 1개 합쳐서 3개의 콘덴서가 하나의 원통형 케이스에 들어있으며, -극은 공통이고 극은 3개로 독립되었으며 내압은 직류 450V까지 쓸 수 있다고 설명할 수 있다.

많은 동호인들은 0.1㎌, 2.2㎌,4.7㎌로부터 1,000㎌ 또는 22,000㎌의 콘덴서에는 익숙해 있을 것이다.2000년도에 접어들면서 우리 주변에도 슈퍼콘덴서라는 용어가 사용되기 시작했고 그 용도로서 충전용 전지의 대체품으로 CPU가 내장된휴대장비나 사무실 또는 가정 산업용 컴퓨터의 보조전원으로 쓰이기 시작해서 2005년부터는 품질 좋은 슈퍼콘덴서가 국내에서도 생산됨으로써 자작파 전자기술자들의 좋은 먹거리(?)로 새로이 등장했다.

용량은 최대사용정전용량 120F에 사용전압 2.3V의 원통형 구조인데 크기는 1.5cm 원통형에 높이 4.0cm로서 엄지손가락 크기만 하다. 이것을 2,000㎌와 비교하면 120,000,000 / 2,000 = 60,000개를 합쳐야 되는 용량이다. 이와 같이 일반 케미컬 콘덴서로서는 상상할 수 없는 초고용량을 갖고 있어 한번 전기적인 에너지를 충전하면 충전용 전지와 비슷한 특성으로 동작하게 됨으로써 새로운 용도로 사용되기 시작했다.

여러 가지 새로운 특징이 있지만 몇 가지만 나열해보면

① 콘덴서이므로 아주 빨리 충전되고 순간적으로 대용량 방전이 가능하다.

※전지는 빠른 충전이 불가능하고 빠른 방전은 전지를 손상시킨다.
② 충전과 방전시 슈퍼콘덴서의 내부에는 화학적인 변화가생기지 않는다. 이런 이유로 10만번 충방전 후에도 성능이떨어지지 않는다.

※ 전지에서는 충전과 방전시 전지내부의 화학물질이 변화를 일으키므로 충방전에 따라서 점차 성능이 떨어진다.
③ 외부에는 편의상 , -로 극성을 표시가 되어있으나 내부적으로는 극성이 없다. 사용상 잘못으로 고장날 확률이 적다.
※ 전지나 케미컬 콘덴서는 , -가 있어 역으로 충전하면발열하여 뜨거워지거나 폭발한다.
④ 여러 개를 직렬 또는 병렬로 묶어서 사용하는데 특별한 문제점은 없다.
※ 전지의 경우 10개 이상의 직렬 또는 병렬에는 많은 제한이 따른다.

이와 같이 슈퍼콘덴서는 새로운 구조와 용량, 새로운 용도로써 등장한 재미난 물건이다.신재생 에너지 활용으로 얻어지는 전기적인 에너지를 충전용 전지에 저장하면 필요할 때 전기로 사용이 가능하지만 전지에 충전된에너지가 100%출력이 나오지 않는다. 그 이유는 전지 내부에서 화학적인 작용에 의해서 전기적 에너지가 발생하는데 변환 효율이70%정도밖에 안되기 때문이다. 또 한 가지, 전지의 전기적 화학반응에는 시간적으로 한계가 있어서 많은 전기적 에너지를 전지에공급해도 바로 전기적 에너지로 100% 저장되지 않는다. 이런 점에서 슈퍼콘덴서는 매우 효율적인 장점을 가지고 있다.

특히 아주 작은 실험용 장치에서는 전지를 사용할 때보다 여러 가지 특성상 장점이 많다. 지금은 재미난물건이지만 앞으로는 전기적인 에너지 저장장치로서중요한 역할을 할 것이다.독자 여러분들도 한번쯤 관심을 갖으시고 우리 주변에서 사용되는 슈퍼콘덴서를 찾아보세요.