친환경 에너지 저장 창고, 슈퍼 커패시터 출원 활발

친환경 에너지 저장 창고, 슈퍼 커패시터 출원 활발

 

담당부서 전자부품심사과작성일2020-11-23

 

 

친환경 에너지 저장 창고, 슈퍼 커패시터 출원 활발
"우리 정부의 한국형 뉴딜 정책 발표, 미국 바이든 대통령 후보의 그린 뉴
딜 공약 발표 등으로 친환경 에너지에 대한 관심이 커지고 있는 가운데, 친환경 에너지 산업의 핵심부품인 슈퍼 커패시터의 특허 출원도 나날이
증가하고 있다."
□ 특허청(청장 김용래)은 슈퍼 커패시터 관련 특허출원은 ‘13년 이전에는 연평균 80건 이하에 불과했으나, ’14년을 기점으로 급격히 증가하여 최근 5년간(‘14년~’18년) 연평균 122건의 출원이 이뤄지고 있다고 밝혔다. [붙임1]
【 슈퍼커패시터 】
"❑ 슈퍼커패시터는 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용하는 에너지 저장 장치다.
ㅇ 풍력, 태양광, 전기자동차 등에선 고속 충방전 및 반복적인 충방전에 대응 하는 고용량 에너지 저장장치를 필요로 한다. 하지만 기존 커패시터는 용량이 작다는 한계가 있고, 이차전지(리튬이온 배터리)는 고속 충방전이 어 렵고, 반복적인 충방전으로 수명이 짧아진다는 단점을 가지고 있었다.
ㅇ 그러나, 슈퍼커패시터는 일반 커패시터 대비 단위면적당 수십배 더 많은 에너지를 저장할 수 있고, 리튬이온전지와 비교할 때 고속 충 방전, 반영구적 수명 등의 우수한 특성을 가지고 있다. [붙임2]
❑ 이러한 특성으로 슈퍼 커패시터는 미래 친환경 에너지 저장 장치로 각광받고 있는데, 전 세계 시장규모 또한 ‘17년 3,136백만 달러에서 ’23년 14,116백만 달러까지 급격히 성장할 것으로 전망된다. [붙임3]"
"□ 최근 10년간 세부기술별 특허출원동향을 살펴보면 전극 관련 기술 (548건, 56%), 모듈 및 케이스와 관련된 기술(229건, 23%), 전해 물질과 관련된 기술(116건, 12%) 순으로 조사됐다. [붙임4]
ㅇ 전극 관련으로는 전극 물질 및 제조방법, 전극구조 등에 관한 기술이 다수 출원됐다. 모듈 및 케이스 관련으로는 셀 밸런싱, 보호 회로, 온도제어, 신뢰성 향상에 대한 연구 개발이 지속되고 있는 것으로 나타났다.
□ 출원인 유형을 살펴보면 국내기업(39%), 국내대학ㆍ연구소(36%), 외국기업(21%), 외국대학ㆍ연구소(3%) 순으로 조사됐다. 소재개발 및 특성 개선 등의 연구가 필요한 분야인 만큼 기업 뿐 아니라 대학, 연구소의 출원도 다수인 것으로 나타났다. [붙임5]
□ 특허청 엄찬왕 전기통신기술심사국장은 “친환경 정책 및 이산화탄 소 배출규제 관련 제품과 신재생 에너지에 대한 요구가 커지면서, 슈퍼 커패시터는 차세대 에너지 저장장치로 그 수요가 증가할 것 으로 보인다.”면서, “미래 산업의 핵심부품인 슈퍼 커패시터의 기 술경쟁력을 확보하기 위하여 산업계, 학계와 정부는 지속적인 협 업과 적극적인 투자가 필요한 시기이다.”라고 밝혔다.
※ 붙임: 연도별 슈퍼 커패시터 특허출원 동향 등"
붙 임 1 연도별 슈퍼 커패시터 특허출원 동향 (‘09~’18)1)
단위 : 건)
출원연도 ‘09년 ‘10년 ‘11년 ‘12년 ‘13년 ‘14년 ‘15년 ‘16년 ‘17년 ‘18년 합계
계 46 57 102 91 82 106 130 121 125 125 985
전극관련 25 28 55 48 42 62 73 70 75 70 548
모듈 및 케이스 10 15 27 20 19 22 35 29 27 25 229
전해물질 6 6 8 11 10 11 14 14 13 23 116
기타 5 8 12 12 11 11 8 8 10 7 92
1) 2020년 11월 현재까지 공개된 2018년 출원건에 한해서 검색

붙 임 2 슈퍼 커패시터 구조 및 특성
"□ 슈퍼 커패시터 동작 원리
"
(출처 : 한국과학기술정보연구원 정보분석연구소)
□ 에너지 저장 소자의 특성 비교
커패시터 슈퍼 커패시터 리튬이온 이차전지
에너지 밀도(Wh/kg) < 0.1 1 – 10 70 – 100
출력 밀도(W/kg) > 10000 1000 – 2000 50 – 200
충전 시간 10-6 ~ 10-3s 1 – 30 s 0.3 – 3h
방전 시간 10-6 ~ 10-3s 1 – 30 s 1 – 5 h
싸이클 특성 > 500000 > 100000 500 – 2000
충·방전 효율 ~ 1.0 0.90 – 0.95 0.7 – 0.85

붙 임 3 슈퍼 커패시터 시장규모 및 전망
(단위 : 백만 달러, %)
구분 ‘17년 ‘18년 ‘19년 ‘20년 ‘21년 ‘22년 ‘23년 연평균성장율
세계시장 3,136 3,817 5,290 6,438 8,930 10,868 14,116 28.5
* 출처 : 슈퍼 커패시터 시장 및 기술 개발 동향, ETRI(2016)
(단위 : 억 원, %)
구분 ‘17년 ‘18년 ‘19년 ‘20년 ‘21년 ‘22년 ‘23년 연평균성장율
국내시장 9,868 10,676 11,552 12,518 14,870 17,813 21,338 13.7
* 출처 : 울트라 커패시터 최신기술 및 시장전망, SNE리서치(2017)
붙 임 4 세부기술별 슈퍼 커패시터 특허출원 동향 (‘09~’18)
(출처 : 한국전력블로그, 재가공)
붙 임 5 출원인 유형별 슈퍼 커패시터 특허출원 동향 (‘09~’18)
(단위 : 건)
출원인 국내기업 국내대학, 연구원 외국기업 외국대학, 연구원 개인 합계
출원건수 383 353 211 29 9 985