한 번쯤은 전자 회로에서 아래 사진과 같이 생긴 작은 금속 원기둥을 본 적이 있을 것입니다.

이는 전해 캐패시터(Electrolytic capacitor) 또는 축전기라고도 하며, 전원 공급이 차단되어도 전류가 바로 끊어지지

않도록 하는 '임시 배터리'입니다. 이런 전해 캐패시터가 어떻게 작동하는지, 어디에 쓰이는지 등에 대해 설명하겠습니다.

전해 캐패시터는 내부에 전해질(이온성 액체나 젤)을 사용하는 축전기의 한 종류로, +극(양극)과 -극(음극)의

두 단자로 이루어진 전자 부품입니다. 양극 단자는 금속 표면에 형성된 매우 얇은 산화층이 유전체(절연체) 역할을

하며, 음극 단자는 그 산화층을 감싸는 전해질로 구성됩니다. 유전체 두께를 극도로 얇게 하고 양극 면적을 넓혔기에

이전에 사용된 세라믹이나 필름 기반의 캐패시터보다 훨씬 큰 정전 용량을 가지면서도 소형화가 가능하게 되었습니다.

참고로 양극의 재료와 전해질 종류에 따라 알루미늄, 탄탈륨, 나이오븀 등 다양한 전해 캐패시터가 존재합니다.

전해 캐패시터의 내부 구조는 두 장의 얇은 금속 박판(양극판과 음극판)을 마주 보도록 배치하고 그 사이를 전해질로

채운 형태입니다. 이에 전해 캐패시터를 절단하거나 뽑으면 전해질 성분의 액체가 흘러나옵니다. 양극 금속판 표면에는

Anodization(양극 산화)으로 형성된 아주 얇은 산화막(절연층)이 있으며, 이 막이 유전체 역할을 합니다.

여기에 전압을 가하면 양극판에는 양전하가, 음극판에는 음전하가 축적되어 산화막을 사이에 두고 전기장이 형성되고

에너지가 저장됩니다. 액체나 젤 상태의 전해질은 음극판과 산화층 사이에서 이온을 매개로 전하 이동을 도와주어 음극과

같은 역할을 수행하는데, 이에 동일 부피에서 매우 높은 전하 용량(정전 용량)을 가지게 됩니다. 정전 용량이란 캐패시터

등에서 전하를 얼마나 축적할 수 있는지 나타내는 양으로, 정전 용량이 높을수록 전력 효율이 높아집니다.

단, 전해 캐패시터는 위의 회로 기호에서도 볼 수 있듯이 극성을 가집니다.

직류 회로에 연결할 때 +단자와 -단자를 올바르게 연결해야 하는데, 양극(+) 전압이 음극(-)보다 항상 높아야 합니다.

역전압이 걸리거나 과도한 전압이 가해지면 내부 절연층(산화막)이 파괴되어 부풀거나 심한 경우 폭발할 수 있는데,

이런 위험 때문에 대부분의 전해 캐패시터에는 몸체에 -극 쪽을 표시해 둡니다. (극성을 가진 모든 부품에는 극이 표시)

전해 캐패시터는 크기 대비 많은 정전 용량을 가지기에 다양한 전기·전자 회로에서 핵심 부품으로 활용되고 있습니다.

대표적으로 AC-DC 전원 회로에서 정류 후 남은 리플 노이즈를 제거하여 부하에 안정적인 직류 전압을 공급하고 있고,

증폭기 신호 회로에서는 직류 오프셋을 막고 교류 성분만 통과시키는 커플링 캐패시터로 쓰이며, 카메라 플래시나 모터

구동 회로처럼 순간적으로 큰 전류가 필요한 경우 에너지를 저장했다가 공급하는 용도로도 쓰입니다.

다만 내부의 전해질 성분으로 인해 수백 kHz 이상의 고주파 노이즈 제거에는 한계가 있고 시간이 지남에 따라

정전 용량이 서서히 줄고 내부 저항(ESR)이 증가하는 등 성능이 저하되기에 전해 캐패시터를 단일로 쓰기보다는

보통 작은 세라믹 커패시터를 병렬로 추가해 이를 보완하면서 사용합니다.