What is the difference between supercapacitors and batteries?

슈퍼커패시터 vs 배터리: 이는 단거리 달리기 선수와 마라톤 선수를 비교하는 것과 비슷합니다. 둘 다 에너지를 저장한다는 점에서는 같지만, 각각의 강점과 약점이 있어 의도된 용도에 가장 적합합니다. 그렇다면, 슈퍼커패시터는 가장 일반적인 유형의 배터리인 리튬이온(Li-ion) 배터리와 어떻게 비교될 수 있을까요?

슈퍼커패시터란 무엇인가요?

슈퍼커패시터는 두 가지 메커니즘인 정전기적, 전기화학적 메커니즘을 통해 에너지를 저장합니다. 정전기적 저장에서는 전극-전해질 인터페이스에서 전하가 분리되어 이중의 이온층을 형성합니다. 이 이중층 캐패시턴스는 셀 내부에서 화학 반응 없이 에너지를 저장합니다. 이 방식으로 저장된 에너지는 필요할 때 빠르게 방출될 수 있습니다. 전기화학적 메커니즘에서는 산화환원 반응에 따라 전하가 전해질과 전극 사이의 이온 이동을 통해 저장됩니다. 슈퍼커패시터는 의도된 용도에 따라 하나 또는 두 가지 메커니즘을 활용할 수 있습니다.

리튬이온 배터리란 무엇인가요?

리튬이온 배터리는 가장 일반적인 유형의 충전 가능한 전기 배터리입니다. 배터리는 전기화학적 과정을 통해 전기를 저장하며, 필요할 때 전기를 화학 에너지로 변환하고 다시 전기로 변환합니다. 리튬이온 배터리는 가장 높은 부피 및 중량 에너지 밀도를 가지고 있어 휴대용 고에너지 밀도 저장 시스템에 적합합니다. 리튬이온 배터리는 전기 자동차, 스마트폰, 노트북 등 수많은 장치에 사용됩니다.

슈퍼커패시터 vs 리튬이온 배터리: 장단점

• 에너지 밀도: 슈퍼커패시터는 단위 부피나 무게당 전통적인 배터리보다 훨씬 적은 에너지를 저장합니다. 전기 자동차에서는 에너지 밀도가 충전당 주행거리를 의미합니다. 따라서 배터리는 큰 에너지 저장이 필요한 응용 분야에 더 적합합니다.
• 전력 밀도: 슈퍼커패시터는 짧은 시간에 큰 에너지를 전달할 수 있어 급속한 전력 사용이 필요한 응용 분야에 이상적입니다. 전기 자동차의 급가속과 카메라 플래시는 이러한 응용 사례입니다.
• 자체 방전: 배터리는 슈퍼커패시터에 비해 자체 방전율이 훨씬 낮습니다. 따라서 배터리는 빈번한 충전 없이 장기적인 에너지 저장이 필요한 응용 분야에 더 적합합니다.
• 수명: 배터리에서는 화학 반응이 부품을 부식시키므로, 슈퍼커패시터는 1,000,000회 이상의 충전/방전 사이클을 처리할 수 있는 반면, 일반 배터리는 약 2,000에서 3,000회 정도의 사이클만 견딜 수 있습니다.
• 비용: 슈퍼커패시터는 구성 요소 비용과 전원이 매우 빠르게 방전되고 때로는 비효율적이기 때문에 일반적으로 와트당 비용이 높습니다.
• 지속 가능성: Li-ion 배터리에 필요한 리튬, 니켈 및 코발트의 채굴은 폐기물과 오염에 대한 환경적 우려를 동반합니다. 반대로 슈퍼커패시터는 생체 자원에서 재생 가능한 활성탄과 같은 재활용이 용이하고 환경에 덜 해로운 재료를 사용할 수 있습니다.

어떤 기술이 최고인가요?

간단히 말해, 슈퍼커패시터나 배터리의 선택은 모두 응용 분야에 달려 있습니다. 둘 다 상당한 가치를 제공하며, 때때로 팀으로서 가장 잘 작동합니다! 예를 들어, 두 가지를 모두 장착한 버스는 필요할 때 커패시터를 사용하여 가속하고, 일정한 속도를 유지할 때는 배터리가 맡을 수 있습니다.

하지만 배터리와 슈퍼커패시터 모두에서 많은 부분이 아직 탐구되어야 합니다. 그래서 에너지 밀도, 방전 용량, 사이클링 내구성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 새로운 재료와 화학 반응을 찾고 완성하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있습니다.

슈퍼커패시터 및 배터리 연구를 위한 분석 솔루션

Malvern Panalytical에서 우리는 연구원과 제조업체가 환경 발자국을 줄인 고성능 배터리 및 슈퍼커패시터를 개발할 수 있도록 돕는 다양한 신뢰성 있고 정확하며 다재다능한 도구를 제공합니다.

예를 들어, 우리의 Zetium 또는 Epsilon 시리즈 X선 형광 분광기는 양극, 음극 및 전해질 물질의 원소 조성 및 불순물을 분석하는 데 사용될 수 있습니다.

Mastersizer 및 Zetasizer 어드밴스 시리즈는 입자 크기 및 분포를 특성화할 수 있습니다.

Empyrean 및 컴팩트한 Aeris X선 회절 기기는 슈퍼커패시터 및 배터리 물질의 결정 결함을 분석해 배터리 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

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