울트라커패시터의 scale-up을 위한 전기적 및 열적 거동 모델링

Abstract

슈퍼커패시터(superc apacitor)라고 불리는 울트라커패시터(UC)는 충·방전 시간 조절이 쉬우며, 긴 수명, 비메모리효과, 높은 출력, 저가 및 탁월한 안전성을 가지고 있기 때문에 에너지저장시스템(ESS)의 새로운 이슈로 떠오르고 있다. 이 때문에 많은 연구자들이 UC의 전기적 및 열적 거동을 예측하는 모델을 연구하고 있다. 하지만 ESS에 사용되는 UC는 다양한 용량으로 제조되고 있으며, 용량이 바뀌게 되면 전기적 및 열적 거동이 달라지고 모델에 사용되는 매개변수도 달라진다. 이로 인해 UC의 연구에 불필요한 인력과 자금이 투입되고 있다. UC의 효율적인 연구를 위해 UC 용량이 UC의 성능에 미치는 영향에 대한 모델링 연구가 필요하다. 본 연구에서는 ㈜ LSMtron이 제작한 2.7V/650F, 2.7V/1500F, 2.7V/3000F UC를 사용하여 UC 용량에 따라 바뀌는 전기적 및 열적 거동을 예측할 수 있는 scale-up 모델을 제안하였다. UC의 전기적 거동을 예측하기 위해 Three-branch circuit model을 사용하였으며, UC의 열적 거동을 예측하기 위해 내부에서의 전도와 외부에서의 대류를 0차원로 모델에 적용하였다. Scale-up 모델을 제안하기 위해 동일한 재료 및 공정을 거친 전극을 사용한 UC를 이용하였으며, UC의 실측 용량과 전극의 면적을 통해 매개변수를 예측하였다. 또한, 다양한 용량의 UC 실험 결과와 모델링 결과를 비교하여 모델의 정확도를 검증 하였다.