untitled

Size: px

Start display at page:

Download "untitled"

의갑 순
6 years ago
Views:

1 초고용량커패시터 한국과학기술정보연구원

2 < 제목차례 > 제 1 장서론 1 제2장기술동향및전망 3 1. 기술의개요 3 2. 기술의연구개발동향 6 가. 국내연구개발동향 6 나. 해외연구개발동향 10 다. 전망 14 제3장시장동향및전망 산업동향 시장동향 17 가. 국내동향 19 나. 해외동향 국내외업체동향 24 가. 맥스웰테크놀로지스 24 나. LS전선 25 다. 코칩 25 라. 스마트씽커즈 26 마. 네스캡 26 바. 뉴인텍 26 사. 에스와이하이테크 27 아. 씨에프텍 27 자. 기타 27 제 4 장결론 29 < 참고문헌 > 31 - i -

3 < 표차례 > < 표 2-1> 주요기업별기술현황 10 < 표 2-2> 주요업체별개발동향 11 < 표 3-1> 국내시장규모 19 < 표 3-2> 가격동향 20 < 표 3-3> 주요업체별국내시장점유율 20 < 표 3-4> 세계시장규모 21 < 표 3-5> 주요업체별생산품목과특징 22 < 그림차례 > < 그림 2-1> 초고용량커패시터반응원리 3 < 그림 2-2> 초고용량커패시터의기본구조 4 < 그림 2-3> EDLC : 네스캡 7 < 그림 2-4> Pseudocapacitor : 네스캡 7 < 그림 2-5> DA Series : 코칩 8 < 그림 2-6> EDLC(3~60Farad) : 뉴인텍 9 < 그림 2-7> 스마트씽커즈의 SMART-CAP 9 < 그림 2-8> 대형원통형및각형 (2600F/2500F) (Maxwell) 12 < 그림 2-9> 대형원통형 (2.3V/2000F) (Matsushita) 12 < 그림 2-10> Instantaneous Large Current Supply(24V/5F):(NEC/TOKIN) 13 < 그림 3-1> 세계초고용량커패시터제품군별시장점유율 23 - ii -

4 제 1 장서론 초고용량커패시터는축전용량이기존의전해커패시터에비하여비약적으로향상된제품으로서용량의향상과함께에너지저장장치로서최근각광받고있는제품이다. 전극과전해질의화학반응을이용하던이차전지들과달리주로계면반응을사용한전하축전원리를이용하여높은출력밀도와충 / 방전효율, 무제한에가까운사이클특성을가지고있다. 그리고전류변화에안정적이어서기존의이차전지와는달리보호회로를생략할수있기때문에보다단순한회로구성이가능하다. 또한전극활물질로서탄소재를사용하여환경친화적인특성을가진차세대에너지저장장치라고할수있다. 18세기중반에두개의금속판에전하가집적되는현상이정전기에의한다는사실이밝혀지고 Leyden jar를 Musschenbrek가 1746년에만든이후, 1957년에 Becker에의하여 General Electric사가고비표면적탄소재에기초한초고용량커패시터의첫특허를발표하였고, 1970년에는 SOHIO에의하여탄소페이스트와황산전해질시스템에관한특허가출원되었다. 1970년대에 SOHIO사와마쓰시타전기는초고용량커패시터의상업화에성공하였으며그후후발업체들이속속상업화및양산화에성공하면서최근까지시장이계속성장해오고있다. 전극활물질로서가장일반적으로사용되는활성탄을비롯하여금속산화물, 전도성고분자, 탄소나노튜브, 탄소에어로겔등의연구가이어지면서빠른기술발전이이루어져왔으며, 최근에는하이브리드타입으로서리튬이차전지의전극을응용하여에너지밀도를향상시킨제품들까지선보이고있다. 또나노게이트커패시터로일컬어지는새로운탄소재의개발과함께최근까지집중적인개발과함께높은관심을받고있는분야이다. 현재까지초고용량커패시터의주응용분야는대부분회로의 real-time clock(rtc) 백업용전원으로서전기제품의전원부이다. 2000년대이전까지는그가능성만이제시되었을뿐본격적인다른응용분야로의확대가쉽게이루어지지않았으나최근산업의발달로인하여그용도가비약적으로확산되고있다. 예전부터전기자동차의전원으로서높은출력및사이클안전성 - 1 -

5 으로그가능성을주목받아왔으며, 최근 Hybrid Electric Vehicle(HEV), Fuel Cell Electric Vehicle(FCEV) 의개발과함께그시장성이더욱커지고있다. 또한태양광발전용에너지저장장치로서납축전지를대체하는수단으로초고용량커패시터의시장이확산되고있으며, 유럽시장을중심으로풍력발전에도최근탑재되기시작하여대체에너지분야에서도큰활약이기대되고있다. 본보고서에서는이러한차세대에너지저장장치로주목받고있는초고용량커패시터에대한기술및시장동향에대하여살펴보도록하겠다

제 2 장기술동향및전망 1. 기술의개요 초고용량커패시터는전기이중층이라고불리는고체와액체의경계면에전하가축적되는현상을이용한콘덴서로, 활성탄소의배합에의해저 ESR 과용량값을조정하는일종의축전기이다. 또한기본셀 ( 콘덴서소자 ) 을복수접속하는것에의해사용전압을조정할수있다.

6 제 2 장기술동향및전망 1. 기술의개요 초고용량커패시터는전기이중층이라고불리는고체와액체의경계면에전하가축적되는현상을이용한콘덴서로, 활성탄소의배합에의해저 ESR 과용량값을조정하는일종의축전기이다. 또한기본셀 ( 콘덴서소자 ) 을복수접속하는것에의해사용전압을조정할수있다. < 그림 2-3> 초고용량커패시터반응원리 자료 : 초고용량커패시터의기본구조는다공성전극 (Electrode), 전해질 (Electrolyte), 집전체 (Current Collector), 격리막 (Separator) 으로이루어져있고, 단위셀전극의양단에수볼트의전압을가해전해액내의이온들이전기장을따라이동하여전극표면에흡착되어발생되는전기화학적메커니즘을작동원리로한다

< 그림 2-4> 초고용량커패시터의기본구조 자료 : Supercapacitor 시장동향 / 전자부품연구원 /2005.09 초고용량커패시터는사용되는전극및메커니즘에따라크게다음 3 가지 로구분된다.

7 < 그림 2-4> 초고용량커패시터의기본구조 자료 : Supercapacitor 시장동향 / 전자부품연구원 / 초고용량커패시터는사용되는전극및메커니즘에따라크게다음 3 가지 로구분된다. 1 활성탄소를전극으로사용하고전기이중층전하흡착을메커니즘으로갖는전기이중층커패시터 (EDLC) 1) 2 금속산화물과전도성고분자를전극재료로사용하고유사용량 (pseudo-capacitance) 을메커니즘으로갖는금속산화물전극 Pseudocapacitor 2) (Redox 커패시터라고도함 ) 3 EDLC와전해커패시터의중간적인특성을지닌하이브리드커패시터 Pseudocapacitor는 EDLC에비해축전용량이 3~4배정도크지만고가의금속산화물을전극활물질로사용한다는단점, 제조상의난이도와높은 ESR(equivalent series resistance) 등의문제점을가지고있으며, 하이브리드커패시터는에너지밀도는 EDLC보다높을순있으나충 / 방전등의특성들이이상적이지않고비선형성으로인해보편화되지못하고있는바활성탄소 1) Electric Double Layer Capacitor 2) EDLC 에서흡착반응또는 Redox 반응등의 farad 반응에서도용량이라한다. 생기는데이때생기는용량을유사용량이라한다

8 를전극으로사용하여환경친화적일뿐만아니라충 / 방전이용이하고제조상의이점을지닌 EDLC가주류를이루고있다. 초고용량커패시터는화학반응을수반하는전지와달리물리적인흡착과이탈현상을이용하므로특성의열화없이무제한충 / 방전이가능하여원리적으로수명은반영구적이다. 물리적인흡착과이탈에의한이온의이동현상을이용하기때문에충 / 방전속도를빠르게구현할수있으므로활성탄소의배합에의해내부저항을낮추면수십KW의대전류충 / 방전도몇초안에가능하다. 물리적인흡착은저온에서도이온이동의속도저하가없으며전극과전해액을잘조합하면전지가불능상태인극저온 (-25도) 에서도문제없이동작하기때문에혹한지역의비상전원으로서활용이기대되고, 중금속을포함하지않아서폐기도간편한친환경제품으로평가되고있는것이초고용량커패시터이다. 초고용량커패시터시장이나타날것으로전망되는산업분야는전자정보기기, 수송기계, 전력저장및특수용제품분야등이다. 전자정보기기는고에너지밀도형이개발되어산업의중추를맡을것으로예상되며, 수송기계는중대형및모듈기반시스템구축을기반으로하여산업이형성될것으로보인다. 전력저장및특수용도는수송기계분야와비슷한트렌드로전개될것으로전망된다. 수송기계분야는고에너지밀도형과고출력형이동시에주요산업군으로구성될것으로예측되며, 전력저장쪽은고출력형만으로충분히시장에진출할수있을것으로예상된다. 초고용량커패시터는 1990년대까지는콘덴서혹은커패시터부품, 즉전자부품으로분류되었으나, 2003년산업자원부에서산업기술분류체계를개정하면서차세대전지군으로분류되기시작하였다. 산업기술분류체계에서초고용량커패시터를이차전지와구분한이유는초고용량커패시터가기존의이차전지보다는콘덴서부품에서기술적근원을가지고있기때문이며, 초고용량커패시터로넘어오면서기존콘덴서부품과비교해볼때크기나기능면에서엄청난향상을가져왔음에도불구하고사용처등에있어서유사한흐름을유지하고있기때문이다. 국제적인추세로볼때리튬이온이차전지분야로시장이집중되어있어서단기적으로는초고용량커패시터산업의발전가능성이요원한듯보이 - 5 -

9 지만장기적으로고성능부품과소재를도입하고용도지향적으로초고용량커패시터산업이리튬이차전지산업의후속으로부각될것으로예측되고있다. 하이브리드자동차, 연료전지자동차와같은친환경자동차에대한관심이늘어나면서전지기술의고도화와다양화란관점에서리튬계이외의전지산업이개화될것으로전망된다. 산업적으로환경친화적미래형자동차가필수요소로자리매김할것으로보이며 CO 2 배출권등환경관련경쟁력요소를감안하여볼때초고용량커패시터의발전은관련산업에서우위를선점하는데기여할것으로예측된다. 2. 기술의연구개발동향 가. 국내연구개발동향 국내에서는 1990년대초에삼성전기가일본무라타제작소의초고용량커패시터사업을인수하면서초고용량커패시터가최초로사업화되었다. 이제품은황산전해질을사용한수계시스템제품으로서정격전압 5.5V에 0.1F 이하용량의소형제품군들로구성되어있으며전자제품의 RTC 백업용으로판매되어왔다. 그후 1990년대말네스캡과삼영전자에의하여비수계제품들이상업화되었다. 네스캡은 50F급이상의권취형중대형제품을출시하였고, 삼영전자는 1F급이하의소형 COIN형제품을각각출시하였다. 2000년대초삼성전기사업부를인수한코칩과삼영전자의자회사인에스와이하이테크가초고용량커패시터사업에진입하였고, 뉴인텍, 에너랜드, LS 전선, 비나텍, 스마트씽커즈등이사업에진출하면서제조사들의경쟁이본격화되었고매출액도증가추세에들어가게된다. 2007년소형제품군이하에서는코칩이가장높은시장점유율을가지고있고중형이상의제품에서는네스캡의시장점유율이가장높다. 초고용량커패시터의주요소재로는전극활물질과전해질이있는데전극 - 6 -

com/ 국내의대표적 EDLC 업체인네스캡은 1997년부터중대용량초고용량커패시터를개발하여 50F급이상의중대형제품군을중심으로상업화시켰으며 3~5000F 및모듈로구성된 EDLC제품뿐만아니라

10 활물질로사용되는활성탄의경우 GS칼텍스에서개발및상용화를진행하고있으나아직까지는일본의구라레이케미칼, 관서열화학, 엠바이로케미칼등에서전량수입에의존하고있다. 전해질의경우국내기업으로는제일모직, SK케미칼에서제조및공급을하고있으며국외기업으로는독일의하니웰사제품이사용되고있다. < 그림 2-5> EDLC : 네스캡 자료 : 국내의대표적 EDLC 업체인네스캡은 1997년부터중대용량초고용량커패시터를개발하여 50F급이상의중대형제품군을중심으로상업화시켰으며 3~5000F 및모듈로구성된 EDLC제품뿐만아니라 20~300F의하이브리드형제품군도양산화하여매출을확대하고있다. 현재자동차전용으로주력하고있으며용량이 5000F급의대용량을이미생산중에있다. 설립초기부터전기자동차용을표로하였기때문에대형급셀개발에방향을두고있으며현재다양한용도의모듈도함께제작하고있다. < 그림 2-6> Pseudocapacitor : 네스캡 자료 :

그외에도네스캡은의사커패시터 (Pseudo Capacitor) 로불리는하이브리드형 EDLC도개발에성공하여상품화하고있는데이제품은 ELDC에비해용량이 2배나큰특성을보이며양극물질에 MnO 2 를사용하여배터리의고용량성질을구현하였고현재중형급 (~220F) 은이미생산중이다. < 그림 2-7> DA Series : 코칩 자료 : http://www.korchip.

11 그외에도네스캡은의사커패시터 (Pseudo Capacitor) 로불리는하이브리드형 EDLC도개발에성공하여상품화하고있는데이제품은 ELDC에비해용량이 2배나큰특성을보이며양극물질에 MnO 2 를사용하여배터리의고용량성질을구현하였고현재중형급 (~220F) 은이미생산중이다. < 그림 2-7> DA Series : 코칩 자료 : 소형 EDLC 전문업체인코칩은 2002년삼성전기사업부를인수한뒤에비수계제품을개발하여 0.022~1000F의 Coin형과권취형제품군대부분을양산화하였다. 5.5V의소용량 (0.022~1F) Coin Type 을주력으로생산하고있고, 최근에는중형 (~100F) 제품을출시하여판매하고있으며하이브리드자동차용으로사용할대형 (1000F 이상 ) 셀개발도진행중에있다. 최근에는 φ 6.8mm 이하의초소형제품을중심으로매출이확대되고있으며중대형파우치제품개발을완료하였다. 에스와이하이테크는삼영전자의자회사로서기존의 1F급 COIN형제품을향상시킨제품들을선보이고있으며중대형제품도개발을진행중에있다. 비나텍은권취형제품을주력으로하여양산화하였으며 3~220F의 EDLC 제품과 10~470F의하이브리드형제품을판매하고있다

< 그림 2-8> EDLC(3~60Farad) : 뉴인텍 자료 : http://www.nuin.co.

의하이브리드형제품을판매하고있다. < 그림 2-9> 스마트씽커즈의 SMART-CAP 자료 : http://www.s-thinkers.com/ 스마트씽커즈는 φ4.

12 < 그림 2-8> EDLC(3~60Farad) : 뉴인텍 자료 : 뉴인텍은권취형제품을주력으로하여양산화하였으며 3~60F 제품으로 하고있으며, 에너랜드는권취형제품을주력으로하여양산화하였으며 3~180 F 의 EDLC 제품과 10~450F 의하이브리드형제품을판매하고있다. < 그림 2-9> 스마트씽커즈의 SMART-CAP 자료 : 스마트씽커즈는 φ4.8 mm 휴대전자기기용초소형제품군을개발하여판매하고있고, 2007년 1월에는무정전전언장치및하이브리드자동차등에사용하는초고용량커패시터를개발하였다고발표하였다. 개발한초고용량커패시터는파우치형태로사용전압 3.0V, 가로 170mm, 세로 130mm, 두께 10mm로 1500F의정전용량과 11.0K/L의출력밀도를보장한다

13 LS전선은 HEV 및신재생에너지분야등의응용분야에맞추어 120 ~ 3500 F의대형제품및모듈제품을양산화하였고, 비츠로셀은리튬 1차전지의 load leveling을위한권취형제품을개발하고있으며, 아모텍은탄소나노섬유전극활물질을사용한제품을개발하고있다. 기업전극구성기술보유및개발현황 NESSCAP 활성탄 / 유기계 MnO2/ 유기계 2.5V, 3~5000F 급중대형높은에너지밀도, 낮은 ESR 모듈설계및제조기술보유 2.3V, 20~220F 급중형높은에너지밀도, 낮은 ESR SY Hitech 활성탄 / 유기계 5.5V 급 COIN TYPE 소용량 Korchip 활성탄 / 유기계 < 표 2-1> 주요기업별기술현황 2.5V 급중형및 5.5V COIN TYPE 소용량 Nuintek 활성탄 / 유기계 2.3V, 3~60F 급중형급 자료 : 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 / 나. 해외연구개발동향 세계적으로고용량커패시터는일본이주도하고있으며, 미국, 중국, 우리나라가그뒤를바짝추격하고있는형세에있다. 일본의경우 Matsushita, 아사히글래스, 가네보, EPCOS, Power Systems 등이대표적인고용량커패시터를제조하는업체이며, 미국의경우맥스웰테크놀로지와 ESMA 등이활발한제조활동을보이고있다

14 < 표 2-2> 주요업체별개발동향 기업전극구성기술보유및개발현황 EPCOS 활성탄 / 유기계 (AcN) 2.5V/~5000F 원통형대형셀개발 Maxwell 로부터라이센스계약모듈생산능력보유비교적높은에너지밀도, 낮은 ESR Maxwell Matsushita (Panasonic) NEC/TOKIN ELNA Nippon Chemicon 활성탄, 탄소섬유 / 유기계 (AcN) 활성탄 / 유기계 (PC) 활성탄 / 유기계 (PC) 활성탄 / 유기계 (PC) 활성탄 / 유기계 (PC) 2.5V/~2700F 원통형대형셀개발모듈생산능력보유비교적높은에너지밀도, 낮은 ESR 2.3V/~4000F 중대형셀개발중높은에너지밀도, 높은 ESR 2.5V/~100F 중형셀개발 Stacking Packaging 기술보유높은에너지밀도, 높은 ESR 2.5V/~3000F 대형셀개발중낮은에너지밀도 2.3V/~2000F, 2.5V/~3000F 대형셀개발높은에너지밀도, 높은 ESR Power Systems 활성탄 / 유기계 (PC) 2.5V/1350F 대형셀개발 Asahi Glass 활성탄 / 유기계 (PC) 자료 : 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 / V/~2000F 대형셀개발 ELNA 와기술제휴 < 그림 2-10> 대형원통형및각형 (2600F/2500F) (Maxwell) 자료 : 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 / 미국의 Maxwell 사는 2.5V/2700F 의원통형 EDLC 를 Boostcaps, PowerCache 라는상표로판매중이다. 42V 자동차용하이브리드시스템에적

용하려는목표를두고있으며이외에도풍력발전시스템의 blade 모터를구동하는데응용하고자하고있다. Carbon cloth와 Carbon powder에관한기술을가지고있으며또한 2002년에스위스의 Montena를인수하여그회사가가지고있던 Winding Technique를확보하고있는상태이다.

7 일본의대표적인전자부품회사인 Matsushita도 Goldcaps이라는브랜드의소형 EDLC를생산하여판매중이고, 최근에는자동차시장을겨냥하여 UP-Cap(Ultra Power Capacitor) 를개발중이다. 2.

15 용하려는목표를두고있으며이외에도풍력발전시스템의 blade 모터를구동하는데응용하고자하고있다. Carbon cloth와 Carbon powder에관한기술을가지고있으며또한 2002년에스위스의 Montena를인수하여그회사가가지고있던 Winding Technique를확보하고있는상태이다. < 그림 2-11> 대형원통형 (2.3V/2000F) (Matsushita) 자료 : 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 / 일본의대표적인전자부품회사인 Matsushita도 Goldcaps이라는브랜드의소형 EDLC를생산하여판매중이고, 최근에는자동차시장을겨냥하여 UP-Cap(Ultra Power Capacitor) 를개발중이다. 2.3V/4000F 급의대형원통형을준비하고있으며현재는 single cel만생산중이고모듈 (balancing circuit 포함 ) 은아직생산하지않고있는실정이다. < 그림 2-12> Instantaneous Large Current Supply(24V/5F) : (NEC/TOKIN) 출처 : 일본의 NEC/TOKIN 은출력전류가 1A 정도의백업용도로사용하는데 주력하고있으며 SRAM 이나 Timer supports 용, 소형모터구동용, 태양에 너지저장장치에응용하고있다. 주로 Flat Type 은적층하여고전압을구현

16 하고있으며특히 package 에대한상당한기술을확보하고있는상태이다. 최근 2.5V/100F 의중형 EDLC 도상품화하였으며, 자동차의 Automotive Engine Start-Up Assist 용으로적용할수있는 24V/5F 모듈도개발하였다. 일본의 ELNA는 Coin Type의소용량 EDLC를생산하다가점차자동차용대용량 EDLC(500~3000F) 셀개발로방향을바꾸고있는실정이다. Asahi Glass사는 ELNA와기술적협력을통해 Coin Type을개발하였고, 최근자동차용대형셀을생산하기도하였으며 Nippon Chemicon(2.3V/~2000F, 2.5V/~3000F 개발 ) 및 Power Systems(2.5V/1350F) 에서도하이브리드자동차용대형셀을개발중이다. 2003년 10월일본전자주식회사 (JEOL) 에의해커패시터의에너지밀도를 50~75Wh/Kg으로향상시킬수있다는보고가있었다. 나노게이트커패시터라고불리는이커패시터는수치상으로만보면니켈-수소전지의에너지밀도를넘는기술로고문인오카무라에의해개발되었는데의사커패시터방법이아닌카본-카본의순수한전기이중층커패시터라는점에서획기적이라할수있다. 실제로 2005년 2월에 3.3V/2150F, 10Wh/kg의나노게이트커패시터샘플이공개되기도하였다. 그러나이후에발표된제품들은에너지밀도형보다는고출력특성을유지한상태에서초기제안한에너지밀도보다낮은값을갖고있는제품으로현실화의방향으로진행되고있다. 현재대부분의업체에서기본적으로 AcN(Acetonitrile) 계전해질을사용하고있지만일본에있는회사를필두로점차 PC(Propylene Carbonite) 로바뀌어가는추세로이것은 AcN은유독성과낮은발화점때문에환경적인측면에서문제가되기때문인것으로추정된다. 최근에 Power Systems에서는 ECaSS의후속모델로서 NSC형의신형초고용량커패시터를개발하여연이어발표하고있는데, 고전압에서구동되는독특한제품으로향후 HEV 3) 용등의응용가능성에대해주의하며지켜볼만한 3) Hybrid Electric Vehicle

17 기술로사료된다. 초고용량커패시터중차세대형은아직어떤방향이적합할것인지에대해완전히밝혀지지않은상태이지만, 해가거듭될수록새롭게제안되는형태는고에너지밀도형과고출력밀도형으로분화된형태로발전해나아갈것으로추측된다. 특히최근들어리튬이온및리튬이온폴리머이차전지의발화, 폭발사고가빈번하게밝혀지고있는상황에서고안전성과신뢰성을얻을수있는초고용량커패시터의쓰임새는점차증가할것으로예상된다. 다. 전망 초고용량커패시터사업에대한인지도가부족하여아직은본격적인개발이이루어지고있다고는볼수없으나최근기존초고용량커패시터제조업체이외에도신규사업검토및연구개발이시작되고있어국내에도본격적인기술력향상이이루어질것으로판단된다. 지금까지주력을이루어온백업전원용시장외에얼마나많은응용분야가뒷받침될것인가하는부분도관건이며최근발표에따른비약적인용량향상부분은니카드및납축전지대체시장까지도고려할만하여폭넓은응용분야가생길것으로전망된다. 국내에서는아직친환경정책이본격적으로시행되고있지않으나백업전원용시장의큰축을담당하고있는일차전지에대한규제가이루어지면매출신장에크게기여될것으로보이며, 최근연구되는 Full Hybrid 역시친환경적인성향과맥락을같이하고있어타정책보다는친환경정책에적합한제품으로판단되고, 에너지정책에따라대체에너지분야가활성화되고있어태양열발전분야에도향후큰시장이형성될것으로사료된다. 국외정책방향은본격적인에너지절약및친환경정책이선진국을중심으로실시되고있으며이것은국가보조금등을통한태양열주택건조등을통해서도이미나타나고있다. 이러한정책기조는점점강해질것으로판단되며, 이와같은변화는초고용량커패시터시장에는호재로작용할것으로예상된다

18 제 3 장시장동향및전망 1. 산업동향 초고용량성커패시터는제품의용량에따라크게 3가지의영역으로구분될수있다. 우선주로 1F이하의 COIN 또는 MOLD 형태의제품이사용되는메모리백업부분으로서초기의초고용량커패시터의시장을형성하여왔으며현재까지도주요시장으로형성되어있는상태이다. 1~100F급중급의용량을가진제품이주로적용되는에너지저장용시장은작동완구및태양광에너지저장용으로대표되는시장으로최근친환경이슈와더불어크게각광받고있는시장이다. 100F의대용량제품이적용되는보조전원용초고용량커패시터는하이브리드자동차의보조전원, 연료전지자동차의보조전원, 또한 UPS 4) 및기타로드레벨링용으로적용되는부분으로현재시장이가시화될것으로점쳐지는부분이지만아직기술적인보완이요구되는분야이기도하다. 초고용량커패시터는특수한용도를제외하고는전자제품의회로전원부에장착되어전원차단이된경우에 RTC 5) 백업을하는용도가시장의대부분을차지하고있었다. 그러나초고용량커패시터의장점인높은출력특성을이용한응용분야에중 / 대형제품군이사용되기시작하면서응용분야가확장되기시작하였다. 1990년대부터는전기자동차에대한초고용량커패시터의적용이고려되면서시장이급속도로확대될것이라는기대감이커져왔다. 2000년대들어서도요타자동차에의하여최초로실질적인적용이이루어지면서 HEV의전자제어브레이크시스템에사용되는등현재 8개차종에 1000만셀이상이사용되었다. 그외에도혼다자동차에의하여 FCEV에초고용량커패시터가개발및탑재가되면서앞으로판매가확대될것으로기대되고있다. 4) UPS (uninterruptible power supply) ; 무정전전원공급장치 5) Real time clock

19 중대형제품군의약진은비단자동차에서뿐만아니라대체에너지및신재생에너지분야에서도최근큰성과를이루고있다. 풍력발전및태양광발전의에너지저장장치로서반영구적인사이클특성을앞세워매출이신장되고있으며지속적인응용분야확대가이루어지고있다. 2000년대들어서의주요한동향의특징은두가지방향으로압축할수있다. 먼저위에서기술한중대형시장의확대와휴대전자기기의수요급증으로인한초소형제품의시장점유확대이다. 중대형시장이신장되었음에도아직까지는소형제품의매출액이더높으며, 이것은초소형제품에대한초고용량커패시터의적용이확대되면서나타난현상이라고판단된다. 초고용량커패시터를적용한초소형제품의매출확대는시장판도에도큰영향을끼치고있는데초소형제품의전문제조사인 SII와 Shoei Electric은소형시장의스페셜리스트로자리잡았으며최근까지도계속되는제조라인확장으로점유율을계속높여가고있는상태이다. 모바일기기나디지털카메라, DVD 등의신규수요가증가하고 Full Hybrid 시장에서의초고용량커패시터의적용이기대됨에따라앞으로더폭넓은응용분야가생길것으로사료된다. 2. 시장동향 초고용량커패시터는 1978년에마쓰시타에서최초로초고용량커패시터를상용화한이래같은해 NEC( 현재 NEC/TOKIN) 도상용화에성공하였고많은회사들이개발및상용화에성공하기시작하였다. 그이후이회사들이실질적으로초고용량커패시터시장의대부분을석권해왔다. 전통의초고용량커패시터제조업체인 PED( 마쓰시타 ), NEC/TOKIN, ELNA의 3사가초고용량커패시터시장을지배적으로선도하여왔으나 GSM 방식휴대폰의 RTC 백업용제품으로초소형제품이사용되면서 SII와 Shoei Elecric의약진이 2000년대에지속적으로진행되었다. 소형제품군으로는국내기업인코칩이점유율을높여가고있으며중대형

20 제품군에서는국내기업인네스캡과 Nichicon( 일본 ) 이최근매출을신장시키고있다. 기존초고용량성커패시터제조업체인 PED는 1978년상업화이후에주력인소형및중형제품에서지속적인매출확대를이루어왔으며 2000년대들어대형제품을출시하면서대형시장에서도높은점유율을보이고있으며, NEC/TOKIN은주요제조사중에서수계제품으로가장많은매출을올리고있는회사로, 소형제품군에서고신뢰성수계제품을출시하여판매하여왔고중 / 대형제품에서는유기계제품을출시하여판매하고있다. 일본업체인 ELNA의경우 1988년처음초고용량커패시터를사업화하여시장에뛰어든다음소형백업용제품을중심으로안정적인신장세를보이고있고, 2004년부터는대형제품군을양산하여판매하고있다. 마이크로셀의선두주자로초소형에너지저장장치에서세계시장을선도하고있는 SII의경우 GSM방식휴대폰에사용되는백업용초고용량커패시터를집중적으로판매하여현재소형제품군에서최고의시장점유율을가지고있으며계속제조라인을확대하고있다. Shoei Elecric은 Kanebo사의초소형제품라인을인수하면서시장에진입하여주로 GSM방식휴대폰용제품에집중하여판매하고있으며계속적으로제조라인을확대하고있다. Powersystems은일본전자주식회사 (JEOL) 와오까무라연구소의기술력이더해진회사로서나노게이트커패시터를발표하고양산라인을구축하고있는상태이다. 아직까지는일반적인커패시터만제조하고있으며나노게이트커패시터로양산검토중에있다. 대부분의주요제조사들이소형제품들을중심으로하고있으나 Nichicon 은중대형제품을집중적으로판매하여시장점유율을높이고있으며, 미국기업인 Maxwell은중대형제품군에서다양하게라인업을하였으며활발한영업활동을진행하고있다. Cooper는유일하게탄소에어로겔을사용한제품군을양산화하였으며주로중형제품과박형제품을생산하고있으며, EPCOS는중대형제품을중심으로양산화하여판매하고있다

21 가. 국내동향 국내의경우코칩 ( 주 ) 에서 2002년삼성전기로부터초고용량커패시터사업을인수하여세계 4위의생산능력을보유하고있으며이외에도네스캡, 에스와이하이텍, 뉴인텍등에서초고용량커패시터사업을수행하고있으나, 일부제품에대해서는아직도수입에의존하고있는실정이다. < 표 3-1> 국내시장규모 ( 단위 : 물량 - 천대, 금액 : 억원 ) 구분 2003 년 2004 년 2005 년 2006 년 2007 년 생산 수출 수입 물량 32,000 38,000 40,000 42,000 45,000 금액 물량 18,000 20,000 21,000 22,500 26,000 금액 물량 21,000 24,000 26,000 28,000 30,000 금액 산출근거 년판콘덴서 (Data and Vision, Inc.) 전기이중층콘덴서철저분석 ( 야노경제연구소 ) 2. 국내시장은정확한데이터를산출한자료가없어업계의견등을취합하여분석한데이터임자료 : 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 / < 표 3-2> 가격동향 ( 단위 : 원 / 개 ) 구분 2005 년 2006 년 2007 년 소용량 중용량 대용량 0.1F F F F F 8,000 6,000 4, F 15,000 12,000 9, F 90,000 70,000 50, F 180, , , F 300, , ,000 주 : 시장가기준집계 (KEA 조사 ) 자료 : 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 /

22 < 표 3-3> 주요업체별국내시장점유율 ( 단위 : 천개, 백만원, %) 업체명 판매량 ( 판매금액 ) 점유율 판매량 ( 판매금액 ) 점유율 판매량 ( 판매금액 ) 점유율 코칩 30,000 (5,000) 48.5% 50,000 (7,000) 47.1% 70,000 (10,000) 42.2% 네스캡 4,000 (3,000) 29.1% 4,500 (4,000) 26.9% 6,000 (6,000) 25.3% 뉴인텍 1,000 (1,000) 9.7% 1,600 (1,500) 10.1% 2,500 (2,200) 9.3% 삼영 S&C 1,000 (1,300) 12.7% 1,500 (1,200) 8.1% 2,000 (1,300) 5.5% LS 전선 (550) 3.7% 200 (2,000) 8.4% 비나텍 - - 1,500 (600) 4.0% 3,000 (1,200) 5.1% 스마트씽크즈 ,000 (1,000) 4.2% 자료 : 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 / 시장점유율이높은일본및기타해외업체와의경쟁력을확보하기위하여고속충전과고출력을특성으로하는전기에너지저장장치에대한요구가높아지고있는가운데이를해결할수있는저장장치인초고용량커패시터에관한발전전략을모색하기위한기술워크샵이 2008년 9월서울올림픽파크텔에서개최되기도하였다. 나. 해외동향 초고용량커패시터의전세계시장규모는다음표와같이예상되었으며, 아직은소형 (1F 미만 ) 제품이주류를이루는것으로판단되는데특히소형 제품의경우일본업체 ( 松下電子部品, NEC/TOKIN, ELNA) 가세계시장의

23 80% 이상을독점하고있다. < 표 3-4> 세계시장규모 ( 단위 : 물량 - 천대, 금액 : 억원 ) 구분 2003 년 2004 년 2005 년 2006 년 2007 년 물량 220, , , , ,000 세계시장 금액 2,460 2,700 2,800 2,950 3,050 점유율 14.0% 14.5% 14.7% 15.0% 15.5% 물량 30,800 34,800 38,200 42,000 46,500 국내시장 금액 점유율 38% 40% 70% 42% 45% 산출근거 년판콘덴서 (Data and Vision, Inc.), 전기이중층콘덴서철저분석 ( 야노경제연구소 ) 년판후지경제보고서 년판후지경제보고서및자동차분야산업전망동향데이터를분석하여예측함 (2007 년결과 ) 자료 : 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 / < 표 3-5> 주요업체별생산품목과특징 업체명松下電子部品 NEC/TOKIN JEOL MAXWELL 생산품목과주요특징 - 초고용량커패시터최초의상용화 (1 978년 ) - 초소형제품 ~ 대용량제품일괄생산 - 최대생산능력보유 M.S 1위업체 - 수계제품중심의제품생산 - 박형및고출력용 HYPER CAPACITOR 생산 - 기본대비 10배의고에너지밀도를갖는 NANO GATE CAPACITOR 개발 (NI-MH급) - 기술적보완및얀산화기술필요 - 시판제품중대용량부문최고경쟁력보유 - 대용량제품기술선도업체 자료 : 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 /

24 소형시장에서는 SII, 중대형시장에서는 PED가가장높은시장점유율을차지하고있다. SII는최근공격적인설비확충으로초소형제품에서는독보적인위치를구축해가고있고휴대전자기기의수요가계속증가하면서이러한추세는당분간지속될것으로보인다. 소형제품시장에서두번째위치를차지하고있는 PED는대부분의매출이기존의 5.5V 소형제품군에서발생하고있고치열한가격경쟁으로수익률이높지않은상황이다. 그러므로소형제품군에서는 SII의행보가중요하게작용할것으로보인다. 그러나중대형시장에서는 PED가절반에가까운시장을석권하고있는데 2000년대들어서의중대형제품의시장확대에따른효과를 PED가대부분흡수한결과인것으로판단된다. 현재초고용량커패시터시장은무난한성장세가이어질것으로보이나 Powersystems 등에서발표한고에너지밀도의초고용량커패시터가본격적으로시장에등장한다면시장이크게요동칠가능성도높을것으로전망된다. 그러므로중대형시장의 Key Player를속단하는아직까지어려운상태이며기술력으로시장을선도할기업들이등장한다면가파른시장확대와함께주요제조사로성장할가능성이높을것으로예측된다. 제품이탑재될응용분야에있어서노키아, 삼성전자등휴대폰회사들이주요제조사지만분야의특성상판매량에의하여사용량이결정되는구조로, 현상태는예상밖의시장확대등의변수가나타나기는어려워보인다. 그러나최근에너지의중요성이부각되면서에너지사업에뛰어들고있는각종기업과친환경자동차개발에힘쓰는세계주요자동차제조사들에따라향후시장을움직일수있는중요한요인이발생할가능성도간과할수는없을것으로보인다

< 그림 3-1> 세계초고용량커패시터제품군별시장점유율 출처 : 초고용량커패시터산업동향과전망 / 전자부품연구원 /2007.10 초고용량커패시터는제품의안전성과높은출력등장점들로인하여차세대에너지저장장치로서일찌감치주목은받아왔으나 2000년대초까지도그시장이기대에못미치는성장을진행해온것이현실이다.

25 < 그림 3-1> 세계초고용량커패시터제품군별시장점유율 출처 : 초고용량커패시터산업동향과전망 / 전자부품연구원 / 초고용량커패시터는제품의안전성과높은출력등장점들로인하여차세대에너지저장장치로서일찌감치주목은받아왔으나 2000년대초까지도그시장이기대에못미치는성장을진행해온것이현실이다. 그러나최근중대형시장의확대는이제그가능성이현실로구현되는시발점으로볼수있으며기존의성능에서획기적인발전가능성을보여주었던나노게이트커패시터등신제품들의개발이양산화로이어진다면 2010년이후에는 3조원이상의시장이형성될것으로예상된다. 국내에서도코칩, 네스캡등기존메이커들외에도 LS전선, GS칼텍스등의대기업들이시장에참여하기시작하였고그관심이높아지고있기때문에초고용량커패시터에대한본격적인경쟁은이제부터라고볼수있으며산학연의집중적인연구와개발이동반된다면지금부터펼쳐지는세계시장에

26 서는선도적인위치점유가가능할것으로보인다. 3. 국내외업체동향 가. 맥스웰테크놀로지스 많은해외업체중미국의맥스웰테크놀로지스의경우를살펴보면 ACF cloth를전극으로사용하는유기전해질계초고용량커패시터를처음상품화하여출시한업체로, 백업전원용제품위주로생산하였으나현재는 GM, Ford 등자동차업체의하이브리드자동차용대용량 EDLC의연구개발에집중하고있다. 맥스웰테크놀로지스의초고용량커패시터를이용한응용사례연구를통해구체적인효과및이점을살펴보면보잉의 Combat Survivor Evador Locator(CSEL) 통신시스템을예를들수있다. 보스니아나중동등에서의전투에서볼수있듯이전투기의격추및기타피해상황으로인하여조종사가실용된경우구출임무의성공률은매우낮은수준이며구출작전자체도매우높은적의위협에노출되어있는데, CSEL 통신시스템에초고용량커패시터를응용함으로써배터리를사용할수없는상황에서도보조전력으로사용할수있고, 초소형의실현으로 CSEL 기기의소형화에기여하여휴대및이동성이용이한장점을제공하여조종사의구출을위한생명정보전달을용이하게하였다. 나. LS 전선 광섬유등통신선을비롯한통신, 전력, 절연선, 권선등에주력해왔던 LS 전선은차세대산업용소재부품사업분야로의사업다각화를통해 2005년 5 월울트라커패시터 ( 슈퍼커패시터, 초고용량커패시터 ) 의개발에성공하였다. LS전선이개발한초고용량커패시터제품은기존 2차전지제품의출력을 100배이상상회하면서도 50만번이상의충 / 방전이가능하고영하 40도의

27 환경속에서도정상작동이가능한것으로밝혀져혹한지역에서도제한없이사용가능한장점이있다. 또한기존초고용량커패시터에비해저항특성을 20% 나낮췄으며, 정격전압수준은 2.8볼트로높여세계최고수준으로평가되고있다. 초기에는풍력발전기등에사용되는 120F(farad) 급의중형제품군위주의양산체제를갖춘뒤 2,000F급의대형으로확장하여수소연료전지차량등의용도의제품을양산할계획이다. 다. 코칩 1990년에설립하여초고용량커패시터인 EDLC를전문으로하고있는코칩은 1997년부터초고용량커패시터에대한연구개발을시작하여 2002년말삼성전기의 EDLC 사업부문을전량인수해시장에본격진출하였으며, 2004 년에는세계일류화상품에선정되었으며 KOITA에서주관하는기업연구클러스터지원사업초고용량커패시터부분의주관기관으로선정되기도하였다. 초기에는 1F 용량으로 VCR 등가전기기의메모리백업용 EDLC 제품을위주로생산하였으며, 2005년 4월에는태양광기기용 100F 용량의중대형제품을신규출시하였다. 코칩의 100F 용량제품은도로의안전조명등을 3일간밝힐수있는용량으로중국멕시코등국토가넓고태양광이풍부한지역을주요타깃으로하고있다. 휴대폰 PDA 등에쓰이는 4.8mm, 6.8mm 급의초소형제품라인도설치하여출시할계획을가지고있었으며, 현대자동차와하이브리드자동차개발컨소시엄에참여하여하이브리드커패시터개발에주력하고있다. 라. 스마트씽커즈 스마트씽커즈는 2005 년 5 월직경 4.8mm, 두께 1.3mm, 내부저항 40Ω, 정 전용량 0.1F 급초소형 EDLC 를개발하여일본은스미토모에월 300 만대의 수출계약을마쳤으며, 국내의휴대폰업체와도공급계약을체결할것으로

28 조사되었다. 특히이제품은기판에직접넣을수가있어소켓을별도로사 용해야하는전지에비해비용이저렴하고공간활용도가높으며환경성도 갖춘것으로평가된다. 마. 네스캡 1998년도에설립한대용량 EDLC 전문업체인네스캡은 2003년미국워싱턴 DC에서열린어드밴스드커패시터월드서밋 2003 행사에서시장조사기관인프로스트앤설리반의시장현황및전망발표를통해미국의맥스웰테크놀로지스, 일본의파나소닉, 독일의엡코스와함께세계대용량커패시터시장의 4대주도업체로선정된바있다. 2003년에는 20억원을넘는매출을달성하였으며, 중용량의 EDLC가월 15 만개인생산능력을넘어서는호조를보여 2004년도에는양산설비를확충해최소 40억원의매출을넘길것으로계획한바있다. 또한 2003년 8월에는미국하이브리드자동차용동력시스템전문업체인솔렉트리아사에서네스캡의 3500F급대용량 EDLC를 270개사용한 22.5톤급의대형트럭에사용하였을만큼기술력도인정받고있다. 네스캡은현재최소 1.5F에서최대 5,000F 용량의 EDLC를생산하고있다. 바. 뉴인텍 필름커패시터사업에주력해온뉴인택은 2001년도에 EDLC에대한사업성검토를시작하여 2003년 4분기부터해외시장을주요고객으로하여사업을본격화하고있다. 3F~60F용량의중용량급 EDLC 15종을생산하고있으며, 2004년전체매출액은 380억원으로이중 EDLC의매출액은 10% 를상회하는것으로평가된다. 뉴인텍은최근하이브리드자동차용의커패시터의개발을추진하여이와관련된고전압, 고주파, 대전류등의사용조건에우수한특성을가진패턴필름을제조하는기술에대한실용신안등록을완료하였다. 패턴필름은초고용량커패시터의한종류인하이브리드커패시터의원자재로사용된다

29 사. 에스와이하이테크 에스와이하이테크는소형메모리백업용의 EDLC를주로생산하고있으며 EDLC의특성을보다개선한 3종의 COIN타입제품 (VEC 시리즈 ) 를 2003년출시하여동일한크기에서도용량을 50% 높이고 85 에견디는고내열제품을선보인바있다. 또한중화권과유럽권을주요타깃으로시장을개척하고있으며유럽홍콩등의해외에서열리는 EDLC 전시회에적극참가하여내수위주의시장보다는해외시장에적극공략하고있다. 아. 씨에프텍 1997 년도에설립한씨에프텍은한국에너지기술연구원과공동으로 EDLC 에 대한연구에착수하여초고용량커패시터의소재및전극판, 단위팩까지제 조할수있는원친기술을확보하였다. 자. 기타 위의업체들이외에도한국에너지기술연구소, 한국전기연구소, KIST 및기타대학에서초고용량커패시터에대한연구가활발히진행중이며차세대전지성장동력사업단은전자부품연구원을주관기관으로선정하고현재소형 2차전지중심의산업체계를하이브리드자동차용등과같은중 / 대형 2차전지시장으로확대하고초고용량커패시터등신형에너지저장장치의개발을 1차년도주요지원과제로선정하는등의활발한움직임을보이고있다

30 제 4 장결론 지금까지초고용량커패시터의국내 / 외의산업동향에대하여살펴보고이를바탕으로한향후전망에대하여알아보았다. 초고용량커패시터는높은출력과안전성등많은장점을보유하였지만에너지밀도등에너지저장장치로서의단점도동시에보유하여제한적인응용분야에만사용되어온상황이다. 그러나점차성능향상과응용분야의확대로에너지산업의핵심부품으로서그영역을넓혀감은물론하나의산업군으로성장할것으로예측된다. 이처럼초고용량커패시터는지금까지의역할보다는앞으로의역할이더욱기대가되는제품이라할수있겠다. 일본, 미국최근에는중국까지합세한집중적인투자로기술적인문제들을해결하고자노력하고있으며, 미래시장을선점하기위한움직임이계속되고있다. 국내의경우산업자원부의차세대성장동력사업등에서지원하고있으나다른핵심분야에비하여그투자및노력은아직미미한실정이다. 앞으로다양한적용분야와함께연계된적극적인연구와개발이절실하다고할수있겠다. 기존의메모리백업용시장도휴대기기의증가및고품질의전원요구에대응하기위한부품으로인식이되면서점차적으로안정적인시장규모를확보해나갈것으로판단되며, 실제소용량의초고용량커패시터의경우국내도활발한기술개발이이뤄져일본과동등한수준에올라있다. 그러나중 / 대용량의초고용량커패시터의세계시장은선진업체가핵심소재및제조기술을앞세워주도하고있으며, 일본이 90% 이상을점유하고있다. 향후의초고용량커패시터의시장전개는하이브리드자동차가그열쇠를쥐고있다고해도과언이아니다. 기존의메모리백업시장일변도에서탈피하여새로운중 / 대용량의시장을전개하는부분에서하이브리드자동차시장이커다란관심사로대두되고있으며점차적으로하이브리드자동차에초고용량커패시터를탑재하는추세를나타내고있을뿐아니라태양에너지저장을위한축전장치로서많은장점을가지고있는것이중대용량제품으로서고에너지밀도의실현을통해기존의전지를대체해나갈것으로판단된다

31 우리나라의초고용량커패시터산업은핵심소재나원천기술의개발보다는제조기술위주의개발에치중하고있으며, 활성탄등의전극재료로쓰이는핵심소재는대부분일본에서수입하고있는실정이다. 최근소재부품의중요성이부각되면서전극재료, 전해질, 세퍼레이터소재의국산화가일부진행중이거나완성단계에있지만여전히기술과규모면에서는일본에비해매우낮은실정이다. 세계시장에서선두를차지하기위해서는핵심소재와원천기술의자립화가중요하다. 이에대해국가차원에서차세대전지개발에대한중요성을깨닫고초고용량커패시터를포함한 2차전지산업을오는 2010년까지세계 1위로끌어올리기위해향후연간연구 / 개발에 1700여억원을투입하기로하였으며이중초고용량커패시터에는 275억원의예산이투입된다. 또한산업자원부는 2005년차세대성정동력중기거점기술개발, 차세대신기술개발사업등중장기기술개발사업의신규과제 20개를확정하였으며, 이중고전압용 EDLC가포함되어있다. 초고용량커패시터가갖는친환경성과이차전지대비우수한수명과용이한충 / 방전, 단순한기본구조, 우수한출력과안전성을강점으로하여제조기술및원천기술의꾸준한연구 / 개발이이루어져야하며, 정부의적극지원, 대기업을비롯한많은기업들의참여및투자로국내시장을활성화하기위한방안을마련해나가는것이앞으로초고용량커패시터시장에서선점적인위치를확보하기위한시작일것이라판단된다

32 < 참고문헌 > 1. 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 / 초고용량커패시터산업동향과전망 / 전자부품연구원 / 초고용량커패시터 / 전자부품연구원 / IT부품정보 / 주간기술공향통권 1328호 /

태양광산업 경쟁력조사.hwp

태양광산업 경쟁력조사.hwp 태양광산업산업경쟁력조사 1 Ⅰ. 1. 52 2. 53 Ⅱ. 1. 54 2. 60 3. 64 III. 1. 71 2. 82 Ⅳ. 1. 98 2. 121 3. 132 Ⅴ. 1. 147 2. 160 3. 169 4. SWOT 181 Ⅵ. 1. 187 2. 202 3. 217 Ⅶ. 225 < 요약 > Ⅰ. 서론 II. 태양광산업의개요 III. 태양광기술개발현황