▲ 최근 7년간 콘덴서 국내 특허출원 동향.

그동안 에너지 저장기능이 취약해 이차전지에 밀렸던 콘덴서가 스마트폰·전기자동차의 에너지를 저장하는 핵심부품으로 새롭게 변신을 시도하고 있다.

특허청(청장 김영민)에 따르면, 2007년 213건이었던 콘덴서 특허출원이 2013년에는 379건으로 최근 7년간 78% 증가했다.

이 기간에 국내 특허출원을 기술별로 살펴보면, 전체 2,140건 중 적층세라믹콘덴서가 598건, 울트라콘덴서가 440건, 전해콘덴서가 343건, 필름콘덴서가 125건으로 나타났다.

콘덴서는 커패시터로 불리기도 하며, 전극판 사이에 전하를 저장할 수 있는 물질인 유전체를 넣어서 형성한 부품이다. 직류를 통하지 않는 성질을 이용하여 특정 주파수만을 제거하거나 추출하는 필터 또는 전기회로(백업회로, 타이머 회로)에서 전기를 저장하거나 방출하는 축전기의 용도로 사용된다.

적층세라믹콘덴서는 전체의 출원건수 중 28%를 기록했으며, 그 출원건수도 지속적으로 증가하고 있다.

이는 스마트폰의 수요가 증가하기 시작하는 과정에서 2009년 국내 기업에 의해 초소형 적층세라믹콘덴서가 개발된 후 초소형·대용량 적층 기술(면적은 최소화하면서 용량은 늘리는 기술)을 요구하는 IT기기 시장의 특성을 반영한 기업 간 특허경쟁의 결과로 분석된다.

특히, 전기자동차 등의 그린에너지원으로서 ‘배터리의 기능’이 한층 강화된 울트라콘덴서의 출원건수가 2009년부터 매년 50~60건으로 꾸준히 지속되고 있는 가운데 지난 2011년 그 출원건수가 107건으로 급격히 증가했다.

이는 국내 중소기업인 비나텍이 이차전지를 대체할 미래기술로 평가받고 있는 울트라콘덴서 분야에서 강력한 특허 포트폴리오를 구축하고자 특허청 산하기관인 한국지식재산전략원의 ‘첨단부품·소재 IP·R&D 전략지원 사업’을 활용해 2011년에만 32건을 출원했기 때문이다.

그러나 에너지 저장장치로서 콘덴서가 이차전지를 대체하기 위해서는 낮은 에너지효율 등 개선하여야 할 문제가 여전히 남아 있다. 따라서 콘덴서의 효율을 높이기 위해 그래핀 같은 첨단 신소재의 개발과 함께 관련제품 특성에 맞는 기술개발이 더욱 절실한 실정이다.

천세창 특허심사1국장은 “에너지 저장기술의 발전에 따라 콘덴서가 전기자동차·스마트워치·태양광발전 등의 배터리 분야에서 상용화될 가능성이 더욱 높아지고 있다”며, “기존 이차전지와의 경쟁에서 주도권을 확보하려면 에너지 효율이 높은 첨단 소재를 중심으로 한 연구개발과 특허확보전략(IP-R&D)이 중요하다”고 말했다.

한편, 필름콘덴서는 2개의 전극 사이에 폴리에스테르 수지·폴리프로필렌·폴리스티롤·폴리카보네이트 수지와 같은 필름형태의 유전체를 넣어서 둥글게 감은 기본적인 콘덴서로 1970~80년대 이후 가전제품에 널리 사용됐다.

전해콘덴서는 산화 피막을 유전체·전해 산화한 금속을 양극·전해질을 음극으로 한 대용량의 축전기로 사용되며, 누설전류가 크지만 가격이 저렴해 많이 사용됐다. 1990년대 이후 컴퓨터가 대중적으로 보급되면서 그 수요가 증가한 바 있다.

적층세라믹콘덴서는 MLCC(Multilayer ceramic capacitor)라고도 불리며, 금속판 사이에 유전체를 넣어 전기를 저장했다가 필요에 따라 회로에 공급해 전류가 일정하게 흐르도록 제어하는 부품이다. 2000년대 이후 공정기술의 발달로 더 작은 크기에서 층을 더 많이 쌓을 수 있게 된 후 이에 따라 전기를 저장할 수 있는 공간이 늘어나 MLCC의 효율이 높아졌다. 최근 전자제품인 스마트폰에 400여개, LCD TV에 700여개가 들어갈 정도로 전자제품의 핵심부품으로 사용되고 있다.

울트라(수퍼) 콘덴서는 기존의 콘덴서가 에너지를 전극에 저장하는 반면 울트라콘덴서는 전극과 전해질 사이 계면에 형성된 전기 이중층에 저장한다. 현재 휴대용 통신기기 메모리 백업 전원용으로 가장 많이 쓰이고 있으며, 전기자동차·하이브리드 전기자동차·연료전지자동차 등의 환경친화차량 분야에서 에너지저장 시스템으로의 효용성이 높다.