전기 에너지 저장주로 슈퍼커패시터 에너지 저장과 초전도 에너지 저장을 포함합니다. 전자는 전기장에 전기 에너지를 저장하고, 후자는 자기장에 전기 에너지를 저장합니다. 전기 에너지 저장 장치는 전력 밀도 및 사이클 수명 측면에서 상당한 이점을 갖고 있으며, 순간 정전의 영향을 줄이고, 그리드의 저주파{2}}전력 진동을 억제하고, 전압 및 주파수 특성을 향상시킬 수 있습니다.
슈퍼커패시터 에너지 저장
전기화학 커패시터라고도 알려진 슈퍼커패시터는 전극 표면에 전하가 축적되어 에너지를 저장하는 에너지 저장 장치입니다. 에너지 저장 메커니즘은 기존 배터리와 다릅니다. 이는 전극-전해질 경계면에서 이중층에 의해 형성된 전하를 통해 에너지를 저장합니다. 슈퍼커패시터는 매우 높은 전력 밀도, 매우 긴 주기 수명, 빠른 충전-방전 기능을 갖추고 있어 전기 자동차, 회생 제동 시스템, 백업 전원 공급 장치 및 그리드 주파수 조절에 널리 응용됩니다. 그러나 슈퍼커패시터의 에너지 밀도는 리튬-이온 배터리보다 훨씬 낮아서 단기-고전력 애플리케이션에 적합합니다. 앞으로는 재료과학의 발전으로 슈퍼커패시터의 에너지 밀도가 더욱 높아져 에너지 저장장치 시장으로의 응용이 확대될 것으로 예상된다.
슈퍼커패시터는 크게 전기 이중층 커패시터, 패러데이 커패시터, 하이브리드 슈퍼커패시터의 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 전기 이중-층 커패시터는 탄소 재료를 전극으로 사용하며, 전해질과의 접촉에 의해 형성된 고체-액체 계면에서 전하 분리가 발생하여 전기 이중-층 구조를 만듭니다. 이 커패시터는 충전 및 방전 중에 물리적 전하 흡착 및 탈착 과정을 거칩니다. 전기이중층 커패시터는 전력밀도가 높고 수명이 길지만 에너지밀도가 상대적으로 낮다. 현재 이러한 장치는 상용화되었습니다.
패러데이 커패시터는 금속 산화물 또는 전도성 고분자를 전극 재료로 활용하며, 흡착 용량은 이러한 재료의 표면 및 얕은 벌크 영역의 산화환원 반응을 통해 형성됩니다. 이러한 유형의 커패시터의 작동 원리는 배터리의 반응 과정과 유사합니다. 유사한 전극 표면적을 고려하면 전기 이중-층 커패시터보다 몇 배 더 큰 용량을 제공할 수 있습니다. 그러나 순간적인 고전류 방전 및 사이클 수명에 대한 전력 특성 측면에서 보면 패러데이 커패시터는 전기 이중층 커패시터만큼 성능이 좋지 않습니다. 또한, 패러데이 커패시터는 높은 제조 비용과 아직 완전히 성숙되지 않은 기술 등의 문제에 직면해 있습니다.
하이브리드 슈퍼커패시터는 높은 에너지 밀도와 긴 수명으로 유명합니다. 현재는 상용화 초기 단계이지만, 향후 엄청난 발전 가능성을 갖고 있습니다.
초전도 에너지 저장
초전도 에너지 저장은 초전도체를 활용하여 저항이 없는 상태에서 전기 에너지를 저장하는 전자기 에너지 저장 기술입니다.- 작동 원리는 초전도 코일에 직류를 통해 강한 자기장을 발생시켜 에너지를 저장했다가 필요할 때 전류 방전을 통해 방출하는 것입니다. 초전도체는 저온에서 저항이 없기 때문에 초전도 에너지 저장 시스템은 사실상 에너지 손실 없이 매우 높은 충전 및 방전 효율을 달성할 수 있습니다. 또한 초전도 에너지 저장 장치는 응답 시간이 매우 빨라서 밀리초 단위로 충전 및 방전을 달성하므로 전력 시스템의 순간적인 전압 조정 및 주파수 제어에 적합합니다. 그러나 초전도 에너지 저장 시스템의 비용은 초전도 물질 및 극저온 냉각 기술 개발로 인해 주로 제한됩니다. 따라서 현재 애플리케이션은 그리드 안정성 및 군사 장비와 같이 고전력, 단기-에너지 저장이 필요한 특수 분야에 주로 집중되어 있습니다.
일반적인 초전도 재료에는 Nb-Ti 및 Nb3Sn과 같은 저온-초전도체와 YBCO(Yttrium Barium Copper Oxide) 및 BSCCO(Bismuth Strontium Calcium Copper Oxide)와 같은 고온{3}}초전도체가 포함됩니다. 고온-온도 초전도체는 저온-온도 초전도체보다 임계 온도가 더 높아 냉각 요구 사항을 줄이고 초전도 에너지 저장 시스템을 더욱 실용적이고 경제적으로 만듭니다.