1. 도입
가. 전기자동차 디자인과 관련하여, 슈퍼커패시터는 항상 축전지에 밀려왔는데, 그 이유는 축전지는 에너지를 생산하고 저장할 뿐 아니라 상대적으로 긴 시간 동안 에너지를 공급함으로써, 전기자동차의 주행거리를 연장시키기 때문임
  1) 축전지보다 나중에 개발된 슈퍼커패시터는 상대적으로 짧은 시간 동안 에너지를 제공하기 때문에, 짧은 순간의 에너지 제공에 사용되는 기술임
나. 슈퍼커패시터는 신속 충전이 가능하여 빠르게 전력을 반복적으로 공급하기 때문에, 회생제동과 스톱-스타트 시스템(stop-start systems)에 유용하다고 하이테크 비즈니스 연구자문 회사인 [Lux Research]사의 애널리스트인 [Cosmin Laslau]씨는 밝힘
  1) 몇 개의 유럽 및 일본 마이크로하이브리드 차량이 슈퍼커패시터를 적용하고 있는데, 자동차가 정상적으로 아이들링 상태에 돌입하거나 제동에너지가 캡처될 때 자체적으로 작동을 멈춤
  2) 이 기술이 가장 크게 적용되는 곳은 중국으로, 일만대에 달하는 디젤 버스를 운행 중임
다. 풍력발전용 터빈과 특수한 소비자용 전자장치를 포함한 초전도체의 현재 연간 시장은 약 366백만 달러에 달하지만, 1년에 18% 정도 성장할 것으로 예상함
  1) [Lux Research]사는 2018년까지 슈퍼커패시터를 사용하는 중량 트럭 세계 시장이 323백만 달러 그리고 승용차 교역량은 152백만 달러에 달하여, 총 836백만 달러에 달하는 최대 시장을 구성할 것으로 예상하고 있음
  2) [Lux]사는 최근에 이러한 시장 예측 보고서를 [파워 플레이 - 교통분야와 전자장치 분야에서의 슈퍼커패시터 기술성장(Power Play: Supercapacitor Innovation for Growth in Transportation and Electronics)]이라는 제목으로 발간함

2. 신속한 전력공급
가. 운동학적으로 느린 화학반응을 사용하여 전류를 생성하는 축전지와는 달리, 슈퍼커패시터는 전극 표면에서 높은 전하 분리를 통해 에너지를 저장함으로써, 전류를 빨리 생산하게 됨
  1) 우수한 슈퍼커패시터는 전형적으로 활성화된 탄소로 코팅된 한 쌍의 금속판을 포함함
  2) 활성화된 탄소는 다공성이 매우 높아, 각각의 물리적 또는 화학적 방법을 통해 넓은 표면적과 전하 포집력을 가짐
  3) 전극 쌍은 전하의 이동속도를 높이는 액체 유기 전해질 내에 녹아있음
    가) 완전히 충전되면, 각각의 탄소 전극은 표면이 코팅된 2개 층의 전하 캐리어를 가지게 되는데, 이것이 슈퍼커패시터가 종종 2중층 커패시터(또는 울트라커패시터)라고 불리는 이유임

3. 자동차의 슈퍼커패시터
가. 슈퍼커패시터를 최초로 자동차에 적용한 기업은 혼다(Honda)로, 자체적으로 개발한 울트라커패시터는 주행 추진과 구배 주행을 위해 그 회사의 2002년 [FCX] 연료전지 연구용 자동차 버전에 사용됨
  1) 자동차 산업 생산분야의 사용은 몇 년 전에 시작되었는데, [PSA]사가 일부 시트로앵(Citroen) 차량과 푸조 마이크로하이브리드 차량의 [e-HDI] 시스템에 사용하기 위해 [Maxwell Technologies]사로부터 40달러 비용의 슈퍼커패시터 셀을 설치하기 시작하면서부터임
  2) 비슷하게, 일부 마쓰다(Mazda) 마이크로하이브리드 시스템도 스톱-스타트 시스템(stop-start systems) 운영에 제동에너지 리캡처(brake-energy-recapture) 기능을 부가하기 위해, 10대의 일본 케미-콘(Chemi-con)사의 셀을 [i-ELOOP] 시스템에 포함함
나. 지지자들은 슈퍼커패시터가 장기적으로 비용이 저렴해질 것으로 말하는데, 그 이유는 축전지보다 더 신뢰성있게 멀리 운행할 수 있기 때문이지만, 축전지가 여전히 마이크로하이브리드 에너지 저장장치 시장을 압도하는 이유는 슈퍼커패시터와 직류-교류 컨버터와 제너레이터와 같은 부가적으로 설치되는 시스템이 자동차 가격을 2천 달러 이상 상승시키고 공간과 무게의 문제도 물론이라고 [Laslau]씨는 밝힘
다. 자동차 제작회사는 마일드 하이브리드나 피크-부하용 장치로 작동되는 더욱 강력한 슈퍼커패시터 유닛을 고려하고 있다고 그는 밝힘
  1) “몇 명의 OEM 엔지니어들이 마일드 하이브리드 운영을 위해 30~50개 정도의 슈퍼커패시터 셀을 사용하는 더욱 공격적인 분야에 관심을 보이고 있으며, 이 시스템은 효율성을 5%~7% 정도 향상시킬 것이다.”

4. 디젤 하이브리드 버스
가. 슈퍼커패시터가 가장 대형으로 적용되어 운영 중인 곳은 중국의 10,000대의 하이브리드 디젤 버스로, 각 시스템은 15,000달러 가격의 300개의 슈퍼커패시터 팩을 포함함
  1) 중국에서 가장 핵심적인 적용 이유는 그린 파워 저장시스템에 대한 전체 자금을 지원하는 정부의 보조로, 그렇지 않으면 표준 디젤 버스의 비용은 70,000달러의 2배가 되었을 것임
  2) 버스 운영회사는 제동 중일 때 에너지를 캡처하기 위해 슈퍼커패시터를 충전하고 주행 중일 때 셀을 방전시킴
    가) 이 경우 슈퍼커패시터는 축전지를 완전히 대체하지만, 완전 전기버스는 축전지를 거의 사용하지 않음
    나) 하이브리드 시스템은 효율성이 25%~30%에 달하며, 분석가들은 정부 보조가 끝나면, 판매가 급감할 것이라고 밝힘

5. 차세대 슈퍼커패시터
가. 글로벌 슈퍼커패시터 제작회사로는 [Maxwell], [Nippon Chemi-con], [LS Ultracapacitor], [Ioxus], [Elton], [Nesscap], [Vina Tech], 그리고 [Cap-XX]사가 있음
  1) 이용 가능한 슈퍼커패시터 전극은 kg당 단가 28달러에서 100F/g의 커패시턴스 용량을 제공하지만, 재료 개발회사들은 더 우수한 성능 옵션을 연구 중임
  2) 그 중의 하나는 [GS Caltex]사와 [Nippon Oil]사의 조인트 벤처인 [Power Carbon Technology]사가 공급하는 kg당 단가 110달러에서 135F/g의 커패시턴스 용량을 제공하는 시스템임
  3) 새로운 나노구조 전극이 파일럿 생산에 돌입했으며, 135F/g의 커패시턴스 용량을 가지는 화학적으로 활성화되는 재료를 [NanoCarbons]사가 제작하고 있으며, [EnerG2]사는 kg당 단가 60달러에서 150F/g의 커패시턴스 용량을 가지는 튜닝 가능한 공극률을 가진 고순도 안정 탄소를 제작하기 위해 졸-겔(sol-gel) 프로세스를 사용하고 있음
나. 다른 전극의 가능성은 그라핀으로, 원자 한 개 두께의 탄소를 말한
  1) [Laslau]씨의 경고에 의하면, “그라핀이 우수한 커패시턴스를 제공함에도, 여전히 초기단계로서 진동으로 인한 집합 현상을 피하고 공급이 제한된 상태로 가격이 상승하는 것과 같은 문제를 해결해야 하는 안정성 문제가 존재한다.”
  2) [XG Sciences]사와 [Angstron Materials]사가 그라핀 슈퍼커패시터 개발을 위해 연구를 진행 중임
다. 오늘날의 장치는 전극으로 프로필렌 카보네이트(propylene carbonates)나 아세토나이트릴( acetonitrile)을 사용함
  1) 후자가 더 성능이 우수하지만, 화재 위험성 때문에 일본에서 사용 금지되었으며, 분석가들은 “이온성 액체는 잠재적인 대안이 될 수는 있지만, 해답보다는 의문이 더 많다.”라고 밝힘
라. [Laslau]씨의 제안에 의하면, 더 좋은 전략은 전체시스템 전압을 2.7V에서 3.5V로 높이는 것임
  1) 고전압은 우수한 에너지 밀도를 의미하며 셀이 많이 필요하지도 않지만, 전극의 고장을 유발할 수 있으며 비싼 고순도 탄소를 요구함
  2) 그렇지만 전압 업그레이드는 셀의 에너지 유닛당 가격에 40% 정도 개선이 가능하다고 그는 밝히면서, [eSionic]사와[Silatronix]사가 이 연구를 진행하고 있음
마. 슈퍼커패시터의 광범위한 적용은 셀 그 자체만으로 전체 비용을 감당하지 않기 때문에 파워 일렉트로닉스 장치와 같은 시스템과의 균형 비용을 발전시키는 것에 달려 있다고 [Laslau]씨는 밝힘