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NIPPONIA 제28호 2004년 3월 15일 발행
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특집*
캐패시터가 우리의 생활을 바꾼다
요즘「나노게이트 캐패시터」라는 획기적인 축전시스템이 개발되어 크게 주목받고있다. 지구의 에너지문제와 환경문제 해결에 공헌하고, 우리들의 생활조차 바꿔놓을가능성이 있는 캐패시터란 무엇인지, 그 최신 정보를 알아본다.
글●타카하시 코우키(高橋孝輝), 사진●사카이 노부히코(坂井信彦)
사진, 일러스트제공●오카무라연구소, 혼다기연공업주식회사
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캐패시터 연구분야에서 선구적 존재인 오카무라 미치오(岡村夫)씨
http://www.okamura-lab.com/index.html
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배기가스 제로인 전기자동차. 천연에너지를 직접전기로 바꾸는 태양열발전과 풍력발전. 그런 친환경적인 시스템이 좀처럼 보급되지 않는 이유중 하나로「전지」문제를 들 수 있다. 예를 들면 전기자동차는 총중량 400kg이 넘는 납축전지를 실어야하고 심지어 전지는 빈번히 충전하고 교환해줄 필 요가 있다. 한편, 태양열발전이나 풍력발전은 밤시간대나 바람이 없어「발전할 수 없는 시간대」때문에 대체전력원을 준비하지 않으면 안된다. 그리고 전기를 저장해 두는 효율적이고 경제적인 기술이없었다.
그런 전지기술에 마침내 혁명이 일어났다. 「전기이중층 캐패시터에 의한 축전시스템 (ECaSS=Energy Capacitor Systems)」의 탄생이다.
전기를 전기 본래의 상태로 저장하는「캐패시터」는 전기를 화학에너지로 변환해 저장하는 납축전지나 물을 위치에너지로 변환해 저장하는 양수발전보 다 원리적으로 효율적인 축전장치다. 캐패시터의 역사는 250년 이전의 라이덴화병의 발명까지 거슬러 올라가지만 근대에 들어서는「콘덴서」라는 중 요한 전자부품의 하나가 되기도 했다. 그러나 결점이 하나 있다. 단위중량과 단위체적면에 비해 저장되는 전기에너지의 양(에너지 밀도)이 작고 큰 전력을 저장하기 위해서는 전체 장비가 지나치게 무겁고 커진다는 것이다. 전기자동차에서 납축전지400kg을 대신하기 위해서는 이론상 자그마치 약20배인 8t이나 되는 무게의 캐패시터가 필요한것이다.
이 문제를 해결한 것이 연구원 오카무라 미치오(岡村夫)씨다.
1992년 정월 설날, 오카무라씨는 집 정원에서 이웃집 고양이와 놀고 있었다. 폭신폭신하고 따뜻해 보이는 털을 한 고양이었다. 오카무라씨가 우연히 바로 옆에 있던 플라스틱 바닥깔개로 고양이의 털을 비비자 정전기가 일어나 털이 곤두서고,따닥거리는 소리가 났다.
「그 순간,전기는 역시 전기상태로 축적하는 것이 좋고『전기이중층』을 사용할 수 있을 것 같아 ECaSS에 대한 모든 아이디어가 단숨에 떠올랐다」고 오카무라씨는 말한다.
전기이중층이란 전극과 전해액의 경계면에 플러스 전극층과 마이너스 전극층이 형성된다는 120년전 독일의 물리학자 헬름 홀츠가 발견한 현상이다.그 이중층은 전압이 한계를 초과해 전기 분해를 시작할 때까지 절연막으로 작용하지만 겨우 1개 분자분의 두께밖에 되지 않아 필름 등 종래의 절연막과는 비교가 되지 않을 정도로 얇다. 이는 결과적으로 지금까지의 캐패시터와 비교해 에너지 밀도를훨씬 높게 할 수 있으며, 동시에 소형화가 가능하다는 의미를 갖는다. 하지만 납축전지와 비해 20분에 1의 에너지 밀도 밖에 줄일 수 없었다.
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