1-2. 슈도커패시터 (Pseudocapacitor)

슈퍼커패시터는 전기이중층 커패시터 (Electric Double Layer Capacitor), 슈도커패시터 (Pseudocapacitor),
 
하이브리드커패시터 (Hybrid Capacitor) 크게 3가지로 나눌 수 있다. 
 
 
 
커패시터의 종류에 따라 전극의 종류와 전해질의 종류가 달라지고 에너지를 저장하는 방식도 달라진다.
 

Niraj Kumar, Su-Bin Kim, Seul-Yi Lee, Soo-Jin Park ,"Recent Advanced Supercapacitor: A Review of Storage Mechanisms, Electrode Materials, Modification, and Perspectives", Nanomaterials   2022 ,  12 (20), 3708

 
그 중에서 오늘은 슈도커패시터에 대해 설명하려고 한다.
 
 
 
 
 
 

2.  슈도커패시터 (Pseudocapacitor)

 
슈도커패시터 (Pseudocapacitor) 는 유사커패시터라고도 불리며
 
 
 
전 글에서 언급했던 전기 이중층 커패시터 (Electric Double Layer Capacitor) 가
 
정전기적 인력 (electrostatic interaction) 으로 에너지를 저장하는 것과는 달리
 
 
 
슈도커패시터 (Pseudocapacitor) 는 전기화학적 상호작용 (electrochemical interaction), 
 
즉, 산화환원 반응 (redox reaction) 으로 에너지를 저장한다.
 
 
 
 
 
슈도커패시터 (Pseudocapacitor)의 에너지 저장방식을 설명할 때 
 
패러데이 반응 (faradaic reaction) 이라는 단어가 사용되기도 한다. 
 
 
 
패러데이 반응 (faradaic reaction) 이란
 
전극-용액 계면을 가로질러 전류가 이동하는 과정으로 Faraday's law에 따르는 과정이다.
 
이 반응은 전하의 이동이 일어날 때의 반응이며 실제로 산화환원이 발생한다.
 
 
 
 
 
이를 보면 슈도커패시터 (Pseudocapacitor) 는
 
산화환원이 일어나면서 전자가 이동하고 (electron transfer)
 
 
 
화학적 반응의 양은 지나가는 전기의 양에 비례하는 전류의 흐름에 의해 일어난다는 Faraday's law에 의해
 
에너지가 저장되는 것이다.
 
 
 
 
 
그렇다면 전 글에서 설명하던 EDLC, 전기 이중층 커패시터 (Electric Double Layer Capacitor) 와
 
슈도커패시터 (Pseudocapacitor) 는 어떤 점이 다른 것일까?
 
 
 
 
앞에서 언급했던대로 에너지 저장 방식에서 가장 큰 차이가 나타난다.
 
 
 
전기 이중층 커패시터 (Electric Double Layer Capacitor) 는 정전기적 인력 (electrostatic interaction) 으로
 
에너지를 저장하는 반면에
 
 
 
슈도커패시터 (Pseudocapacitor) 는 전기화학적 상호작용 (electrochemical interaction) 으로
 
에너지를 저장한다.
 
 
 
이렇게 에너지를 저장하는 방식이 다르기 때문에
 
슈도커패시터 (Pseudocapacitor) 는 전기 이중층 커패시터 (Electric Double Layer Capacitor) 보다
 
더 많은 전자들을 저장할 수 있어 전기용량 (capacitance) 가 훨씬 증가하게 된다.
 
 
 
 
또한, 전극활물질의 종류도 다른데
 
슈도커패시터 (Pseudocapacitor) 의 경우, 전극활물질로
 
전도성 고분자 (conducting polymer) 과 금속산화물 (metal oxide)를  주로 사용한다.
 
 
 
 
전도성 고분자 (conducting polymer) 는 전기용량 (capacitance) 과 전도도 (conductivity) 가 크고
 
strength density이 좋고 가격이 싸 전극활물질로 사용된다. 
 
 
 
안정성이 낮다는 점이 문제점이긴 하지만 유연성 (flexibility) 가 좋아 flexible 소자에서 활용된다.
 
 
 
 
금속산화물 (metal oxide) 는 전도성 고분자 (conducting polymer) 보다
 
더 높은 전도도 (conductivity) 를 가졌으며

 

ESR (Equivalent Series Resistance) 이라고 불리는 등가 직렬 저항이 낮아 전극활물질로 사용된다.
 
 
 
금속산화물 (metal oxide) 인 RuO2는 가격이 비싸기 때문에
 
대체제로 MnO2를 사용하고 있다.
 
 
 
 
앞에서 설명한 슈도커패시터 (Pseudocapacitor) 의 전극활물질만으로는
 
소자의 전기용량 (capacitance) 를 올리기 어렵기 때문에 
 
실제로는 EDLC의 carbon based material을 함께 사용한 하이브리드커패시터 (hybrid capacitor) 가 있다.