그래핀 슈퍼커패시터 셀 시작품 제작 성공
기존 대비 에너지밀도 4.6배ㆍ수명 1.5배↑
[에너지신문] 한전 전력연구원(원장 배성환)이 주파수조정용 에너지저장장치(ESS)에 사용할 수 있는 대용량 원통형 그래핀 슈퍼커패시터 단위 셀 시작품 제작에 성공했다. 이에 따라 ESS의 수명 및 성능이 대폭 늘어날 전망이다.
한전 전력연구원은 비나텍(주), 한국과학기술연구원, 가천대학교와 공동으로 지난 2016년부터 그래핀 슈퍼커패시터 핵심 요소기술과 실증용 모듈을 개발하고 있다.
그래핀 슈퍼커패시터는 기존 슈퍼커패시터의 활성탄 전극 대신 비표면적이 큰 그래핀 전극을 사용해 에너지밀도를 높인 차세대 에너지저장장치.
고속 충방전이 가능하고 수명이 길어 현재 주파수 조정용 ESS에 사용되고 있는 리튬이온전지(LiB)와 병행 운전 시 ESS의 수명을 최대 1.5배까지 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
전력연구원이 개발한 원통형 그래핀 슈퍼커패시터는 3000F의 대용량으로 기존 활성탄 슈퍼커패시터에 비해 최대 4.6배 이상의 에너지 밀도를 가진다.
셀 기준 에너지밀도가 18.5Wh/kg으로 기존 활성탄 슈퍼커패시터(4~5Wh/kg)에 비해 대폭 향상됐으며 출력 밀도 1500W/kg 이상을 유지한다는 게 연구원 측의 설명이다.
3000F의 원통형 셀은 ESS에 적용하기 위한 가장 기본이 되는 단위 셀로 현재 이 셀 18개를 직렬로 연결하면 48V의 ESS 단위 모듈을 구성할 수 있다.
전력연구원은 이 3000F 원통형 셀을 활용, ESS용 단위 모듈 시작품을 제작할 계획이며 오는 2020년에는 1100V급 ESS를 제작하고 전력계통과 연계, 성능을 검증할 예정이다.
▲그래핀 슈퍼커패시터
그래핀은 탄소원자들이 벌집모양으로 연결된 단층 구조의 재료로 2004년 영국 맨체스터 대학에서 흑연에서 떼어내는데 성공했다. 비표면적이 2,630m2/g으로 활성탄의 1500m2/g에 비해 매우 크고 전기전도도와 기계적 강도 등도 크게 향상된 투명 재료다.
슈퍼커패시터는 비표면적이 큰 활성탄 전극을 사용, 축전 에너지양을 크게 증가시킨 축전지의 한 종류다. 100C(power/energy) 이상의 고속 충방전이 가능하고 반영구적인 수명, 낮은 임피던스 등의 우수한 특성이 있으나 전력계통에서 에너지저장용으로 사용되기에는 상대적으로 낮은 에너지밀도를 가진다.