정의
울트라커패시터(ultracapacitor)는 전기 에너지를 저장하는 고용량 전기 축전기로, 슈퍼커패시터(supercapacitor)와 동의어로 사용된다. 전해 축전기보다 높은 정전용량과 낮은 내부 저항을 가지며, 전압 한계가 낮아 다수의 셀을 직렬로 연결해 사용한다.
개요
울트라커패시터는 전기 이중층(EDLC, Electric Double‑Layer Capacitor)이나 의사용량(pseudocapacitance) 원리를 이용해 전하를 저장한다. 전해질(액체, 고체, 젤)과 다공성 전극(탄소계, 금속 산화물 등) 사이에 형성되는 전기 이중층에 전하가 축적되며, 이 과정은 전기화학적 반응이 거의 일어나지 않아 빠른 충·방전이 가능하고 수천만 회 이상의 사이클 수명을 갖는다. 에너지 밀도는 전통적인 전해 축전기보다 10~100배 높지만, 리튬이온전지 등 이차전지보다는 낮다. 전압은 셀당 2.5 ~ 2.7 V 정도이며, 높은 전력 밀도(수 kW·kg⁻¹)와 낮은 내부 저항(수 mΩ)으로 순간적인 전력 공급·흡수가 요구되는 분야에 적합하다.
어원·유래
‘울트라(ultra)’는 ‘극한의, 초월하는’이라는 의미의 라틴어 접두사이며, ‘커패시터(capacitor)’는 전기 용량을 저장하는 소자를 뜻한다. 영어 ‘ultracapacitor’는 1990년대 초반 전자·전기 분야에서 슈퍼커패시터를 강조하기 위한 마케팅 용어로 등장했으며, 한국어 표기인 ‘울트라커패시터’는 같은 의미로 사용된다. 정확한 최초 사용 시점이나 출처에 대한 상세한 기록은 확인되지 않는다.
특징
- 높은 정전용량: 수 F(Farad)까지 가능, 전해 축전기 대비 수십 배 이상.
- 낮은 내부 저항(ESR): 빠른 충·방전(수 ms 이하)과 높은 출력 전류 제공.
- 긴 사이클 수명: 10⁶ ~ 10⁷ 회 이상의 충·방전 사이클 가능.
- 넓은 작동 온도 범위: –40 °C ~ +65 °C(일반형) 또는 그 이상(특수형).
- 전압 제한: 셀당 2.5 ~ 2.7 V, 높은 전압이 필요할 경우 직렬 연결 필요.
- 에너지·전력 밀도: 에너지 밀도는 5 ~ 30 Wh·kg⁻¹, 전력 밀도는 1 ~ 10 kW·kg⁻¹ 수준.
- 환경·안전성: 화학적 부식이 적고, 배터리 대비 발열·폭발 위험이 낮음.
관련 항목
- 슈퍼커패시터(전기 이중층 커패시터)
- 전해축전기(전해 커패시터)
- 전기 이중층(Electric Double Layer)
- 의사용량(pseudocapacitance)
- 리튬이온전지·배터리
- 에너지 저장 시스템(ESS)
- 재생 제동 시스템, 전력 백업 장치, 전기차 파워 모듈 등
※ 본 내용은 현재까지 확인된 공신력 있는 자료(예: 위키백과 “슈퍼커패시터” 항목, 주요 기업·연구기관 공개 자료)를 기반으로 작성되었으며, 추가적인 상세 정보는 해당 분야의 최신 학술 논문이나 기술 보고서를 참조한다.