한국전기연구원(www.keri.re.kr) 신전력기기연구그룹 이병윤 박사는 (주)삼화콘덴서공업과 공동으로, 유전체에 금속을 수백 옹스트롱 두께로 증착하여 전극을 형성하는 금속증착기술, 절연설계기술과 단말처리 기술 등을 이용하여 에너지밀도를 최대 1.0kJ/kg까지 향상시킨 최대전압 30kV급의 에너지저장용 고전압 고에너지밀도 캐패시터를 개발하였다. 개발배경현재 금속증착기술을 이용한 고전압 고에너지밀도 캐패시터는 민수용과 군수용으로 널리 사용되고 있으며, 국내 수요가 해마다 증대하고 있으나, 전량 수입에 의존하고 있어서 국산화가 시급한 실정이었다.특히, 고에너지밀도형 고전압 캐패시터가 전자/전열 화학포, 전투기, 여객기, 인공위성 등 각종 비행체, 고성능 레이저 및 레이다 등 첨단 고성능 민수 및 군수장비의 핵심부품으로 사용되면서 선진 외국의 기술 장벽 및 수출 규제가 심화되고 있는 추세이었다.현재 기술선진국들은 에너지밀도 0.7kJ/kg 이상의 고에너지밀도형 고전압 캐패시 터 생산기술을 확보하고 있고, 지속적인 연구 개발 투자로 캐패시터의 고전압화, 고에너지밀도화, 장수명화 기술을 개발 중에 있으며 이와 같은 핵심 기술의 유출을 엄격히 규제하고 있다.따라서, 고에너지밀도형 고전압 캐패시터가 요구되는 국내 민수 분야의 활성화, 국내 방위산업의 자립화 및 선진국방의 토대를 구축하기 위해서는 고에너지밀도형 고전압 캐패시터의 독자적인 개발이 절실하였다. 개발현황 및 개발의미이병윤 박사팀은 유전체에 금속을 수백 옹스트롱 두께로 증착하여, 전극을 형성하 는 금속증착기술, 절연설계기술 및 단말처리 기술 등 새로운 첨단 기술을 이용하 여 에너지밀도를 최대 1.0kJ/kg까지 향상시키고, 최대전압을 30kV급까지 향상시 킨 에너지저장용 고전압 고에너지밀도 캐패시터를 개발하였다. 특히 고전압 고에너지밀도 캐패시터는 선진국에서 기술유출 규제 품목으로 지정 되어 있으나, 이번에 이박사팀이 이와 관련된 기술들을 개발함으로써, 우리나라는 독자적으로 이들 기술을 확보할 수 있게 되었다.이번에 이 박사팀이 개발한 이 기술은 상업화에 성공하였으며, 선진국 제품에 비 해 성능은 물론 가격 면에서도 경쟁력을 가지고 있어서 수입을 대폭 감소시킬 수 있게 되었고, 나아가 국산품의 수출을 증대시킬 것으로 기대되고 있다.특히, 이들 기술은 국내 방위산업의 자립화와 선진화에도 크게 기여할 수 있을 것으로 전망되고 있다.개발성과 및 향후 활용계획고전압 고에너지밀도 캐패시터를 생산할 수 있는 기술을 독자적으로 확보하게 됨으로써, 전량 수입에 의존하던 고전압 고에너지밀도 캐패시터의 수입 대체가 가능하게 되었다.기술 선진국의 제품에 뒤지지 않는 고에너지 밀도화를 달성하고 가격 역시 경쟁력이 있어서 수출 증대도 기대할 수 있게 되었다.고전압 고에너지밀도 캐패시터는 앞으로 레일 건, 레이저 무기, 중성자 발전기 등 군수용 장비와 마아크 발전기, 인덕턴스 캐패시터 공진회로용 전원장치, 피뢰기 시험장치, 소규모 핵융합연구용 전원 장치, 첨단 의료기기, 암반파괴 장치, 나노분말 제조장치, 펄스레이저 등 산업 및 민수용 장비의 핵심부품 등으로 폭넓게 활용될 수 있게 되었다. 특히, 이 제품은 전자/전열 화학포, 전투기, 여객기, 인공위성 등 각종 비행체, 고성능 레이저 및 레이다 등 첨단 고성능 군수장비의 핵심부품으로도 널리 활용될 수 있게 되었다.이에 따라, 우리나라는 앞으로 군사장비의 기동성과 무기체계의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 선진국방을 위한 고성능 무기체계 개발이 가능하고, 고부가가치 군사기술과 장비도 수출할 수 있을 것으로 기대되고 있다.또한 이 박사팀은 삼화콘덴서공업(주)과 고에너지밀도 캐패시터가 민수용 산업용 및 군 수용 등으로 다양하게 응용될 수 있도록, 세계 최고 수준의 제품을 만드는데 전력을 기울여 나갈 계획이다라고 밝혔다.용어 해설o 옹스트롱(Angstrom): 길이의 단위로 10-10m임.o 고에너지밀도 캐패시터: 캐패시터의 단위 무게 또는 단위 중량 당 저장할 수 있는 전기에너지량이 큰 캐패시터를 말함. o 유전체: 절연체가 전기적 절연을 목적으로 하는 반면 유전체는 에너지 저장을 목적으로 캐패시터에서 사용하는 재료임.o 금속증착기술: 진공상태에서 전극용 금속을 증발시켜 캐패시터용 유전체 표면에 전극을 형성하는 기술o 절연설계기술: 캐패시터가 정격의 절연성능을 보유하도록 설계하는 기술.o 단말처리기술: 캐패시터로부터 전극을 인출하기 위한 기술로 금속을 스프레이하는 방식이 많이 이용되고 있음.o 1.0kJ/kg: kJ/kg은 캐패시터의 에너지밀도를 나타내는 단위로 캐패시터 1kg당 1kJ의 전기에너지를 저장할 수 있다는 의미임.o MPD(Magneto Plasma Dynamic) thruster: 자기플라즈마 추력기로 우주공간에서 위성체의 위치조정 및 이동에 사용함.o Rail-gun: 포탄, 우주선 등의 물체를 가속하기 위한 장치o High pulse laser weapon: 고출력 레이져를 이용한 무기o Neutron generator: 중성자 발생 장치o IVG: Impulse Voltage Generator의 약자로 뇌와 같이 짧은 시간에 큰 전압을 발생시키는 장치로 전력기기의 고전압 시험에 이용됨.o ICG: Impulse Current Generator의 약자로 뇌와 같이 짧은 시간에 큰 전류를 발생시키는 장치로 피뢰기 등의 시험과 전기 아크 및 전기 플라즈마 연구에 이용됨.o Marx Generator: 1924년 E. Marx가 개발한 고전압 발생장치로 주로 전력기기의 고전압 시험에 이용됨.o LC공진회로: 인덕터와 캐패시터의 전기장과 자기장으로 에너지를 축적하고 방출하면서 에너지를 주고 받는 과정이 정확히 평형을 이룬 상태를 공진이라 부르며 전기적으로 인덕터의 인덕턴스는 L, 캐패시터의 캐패시턴스는 C로 나타냄.o 펄스레이저: 펄스형의 레이져를 발생하는 장치