컨덴서와 전자회로를 결합해 만든 신형 전지가 등장한다.
일본 오카무라연구소와 파워시스템이 공동개발한 신형 물리전지 「에너지캐퍼시터 시스템(ECS)」이 그것으로 현재 시제품 제작단계에 있다.
ECS는 기존 전지와 달리 전기를 축적하는데 화학반응을 전혀 이용하지 않는게 특징이다.
이것은 전극에 특수 활성탄을 이용한 전기 2중컨덴서와 전자회로를 결합해만든다. 충전기를 통해 전류를 흘려 여러개의 컨덴서에 충전하는 구조이다.
충방전은 납전지가 3백회정도 반복가능한데 비해 ECS는 1만회이상 가능하다. 충전시간도 15분으로 납전지의 3시간에 비하면 극히 짧다. 태양전지를통해 전기를 축적했을 때 납전지보다 효율도 높은 것으로 나타났다.
또 전동자동차의 전원으로 주행시험을 해 본 결과 평탄한 도로에서는 납전지쪽이 오래 달렸지만 급경사 도로에서는 이것이 납전지보다 3배정도 오래달렸다.
사실 컨덴서를 에너지축적에 사용하는 방법은 이전부터 있어 왔다. 그러나그동안에는 무게 對 에너지량이 2차전지의 20분의 1수준밖에 되지 않아 2차전지를 보강하는 정도로 그 역할이 미약했다.
이에 대해 오키무라연구소는 전기2중컨덴서의 내부저항을 희생하는 대신에정전용량을 4배로 늘리고 또 4배의 효율로 충방전하는 전자회로를 결합시켜2차전지의 특성을 합성했다.
이 결과 에너지밀도는 기존 컨덴서의 약 16배이고 1kg당 10W시에서 납전지의 실용 에너지밀도의 절반에 육박하는 수준으로 까지 향상됐다. 에너지밀도는 금후의 개량연구를 통해 납전지를 능가할 것으로 전망된다. 오카무라연구소가 물리전지의 개발에 나서게 된 이유는 화학전지가 안고 있는 문제점때문이다. 화학전지인 2차전지의 경우 최대 약점은 충방전사이클수명이 짧고 충전시간이 길다는 점이다. 이는 특히 화학반응을 동작원리로 하는 전지의 숙명적인 문제로 지적된다.
이에 따라 그 해결책으로 주목한 것이 고양이의 몸을 플라스틱에 문질렀을때 1만V나 되는 강한 정전기가 발생하는 물리현상이다. 이 물리현상을 기반으로 해 사이클수명이 길고 충전이 빠른 물리전지를 개발한 것이다.
처음 구체적인 방안으로 오카무라라연구소가 착안한 것은 절연막의 양측에전하를 결집하는 컨덴서이다. 절연막은 얇을수록 용량이 크다. 또한 도체를전해액에 담그면 자연히 절연막이 생기는 전기이중층이라는 현상이 발생한다.
당시 이 막을 사용한 컨덴서가 이미 시판되고 었어 오카무라연구소는 이의사용을 검토했다. 그러나 같은 에너지를 축적하는데 납전지에 비해 20배 무겁고 부피도 40배나 커진다는 문제를 발견했다.
그 대안으로 떠오른 것이 전자회로를 사용하는 ECS구상이다.
오카무라연구소측은 전자회로를 사용함으로써 컨덴서의 전력을 3-4배로 높일 수 있었다고 말한다. 따라서 컨덴서의 능력을 4배로 높이면 결과적으로 16배가 향상되며 이 정도면 납전지의 수준에 도달하는 것도 문제가 아니다.
오카무라연구소는 아날로그시뮬레이터를 사용해 컴퓨터상에서 최초의 ECS를 만들었다. 이어 시판되고 있는 동전형 2중컨덴서로 10mWh의 미니어처모델을 만든 후 정상 모델을 완성시켰다.
ECS의 원리는 이미 미국에서 특허를 취득했으며 기초적인 연구도 완료됐다. 현재 다양한 응용제품들이 시험제작되고 있다.
양산은 당분간 어려울 것으로 보이지만 가전, 전동공구, 완구, 전등등 폭넓은 분야에서 응용이 기대된다.
<신기성 기자>