배터리(Battery), 전지(電池)에 대해서 - 세 번째

배터리(Battery), 전지(電池)의 세 번째 이야기입니다. 첫 번째는 기본적인 이야기, 두 번째는 1차 전지에 대한 이야기였으며 이번에는 2차 전지에 대해 이야기하고자 합니다. 2차 전지란 앞에서 언급한 것처럼 간단히 이야기하면 충전이 되는 배터리!  흔히 우리들이 충전지라고 부르는 배터리가 2차 전지에 해당합니다. 그럼 이러한 2차 전지에는 어떤 것들이 있는지 그리고 그 규격이나 용량이 정확히 어떠한지 등에 대해 좀 더 자세히 알아보겠습니다.

 

Ⅰ. 2차 전지(電池)에 대해서

2차 전지라는 의미는 1차 전지처럼 방전만 하는 것과 달리 충전과 방전을 반복하여 사용이 가능하다는 의미에서 2차 전지라고 하는 것입니다. 2차 전지의 다른 말로는 축전지, 충전지, 그리고 큰 의미에서 배터리 등으로 불리고 있습니다. 대표적인 예로 납(연) 축전지, 니켈 충전지, 리튬 이온 전지 등이 있습니다. 

 

특징

• 1차 전지와 달리 300회~500회 이상으로 재충전하여 사용이 가능합니다.
• 1회성의 1차 전지보다는 가격이 비쌉니다.
• 형태가 다양하게 존재합니다.(원통형, 파우치형, 직사각형, 공구용,,,)
• 1차 전지와 달리 용량이 매우 큽니다.

 

 

2차 전지의 역사

• 1859년 프랑스의 물리학자 가스톤 플랑테(Gaston Plante)에 의해 납축전지가 최초로 제작
• 1950년대 니켈계 전지의 발전
• 1990년대 리튬이온 전지의 발전 (91년 Sony사에서 최초로 원통형 리튬-이온 전지를 상업화)

2차전지의-역사

 

Ⅱ. 2차 전지(電池)의 종류

1. 납(연) 축전지

• 간단히 설명하면 자동차 배터리가 되겠습니다. 2.13 [V]의 셀 6개로 이루어져 있고 엔진이 기동 중일 때는 14 [V] 이상이고 12 [V] 이하 이면 성능이 저하된 상태입니다.
• 환원 전극(양극)은 과산화 납, 산화 전극(음극)은 일반 납, 전해액은 비중 1.2 정도의 황산 용액으로 구성되어 있습니다.
• 일반적으로 셀 하나의 전압은 2 [V], 배터리 케이스 전체 전압은 6 [V] 또는 12 [V]로 구성됩니다.

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• 용도 ▶ 자동차 시동용 배터리, UPS(무정전 전원장치) 배터리, 수배전반용, 예비 전원용, 기타 직류전원이 필요한 장비
• 납 축전지의 주재료인 납은 거의 대부분 재활용되는 재료이며 절대 그냥 버려서는 안 됩니다. 왜냐하면 중금속(납)과 강산(황산)은 인체 또는 자연환경에 매우 심각한 오염을 초래하기 때문입니다. 

납축전지

▣ 자동차 배터리

자동차용 배터리는 납(연)배터리와 MF 배터리로 구분이 됩니다.

납(연) 배터리

 묽은 황산의 전해액이 들어있으며, 충전 또는 방전 시 증발하는 경향이 있기에 주기적으로 증류수를 보충해야 하며, 외부 온도의 영향을 받아 기온이 낮을 때는 시동이 잘 걸리지 않는 단점이 있습니다.

MF 배터리

무보수 배터리 또는 무정비 배터리라고 부르는 것으로 묽은 황산 대신에 젤 상태의 물질을 사용하고 내부 전극의 합금 성분에 칼슘 성분을 첨가해서 전해액이 증발하지 않습니다. 그로 인해 납(연) 배터리보다 수명이 더욱 깁니다. 또한 배터리 위쪽에 점검창이 있어서 점검이 용이합니다.(녹색 :  정상, 검정 : 충전 부족, 투명 : 전해액 부족)

 

2. 니켈 충전지

• 니켈-카드뮴 전지와 니켈-수소 전지가 있으며 지금은 니켈-수소 전지가 대부분입니다.
• 니켈-카드뮴 전지는 납 축전지에 이어 두 번째로 발명(1899년)이 되었지만 환경문제로 인하여 거의 사라진 상태이며 특정 분야(높은 안정성과 방전율을 요하는)에는 아직도 사용되고 있습니다.
• 니켈-수소 전지는 니켈-카드뮴 전지에 비해 고용량이었기 때문에 2000년대 중반까지는 매우 사용량이 많았으나 이후  리튬 이온 전지가 그 자리를 대부분 차지하고 있습니다. 
• 니켈-수소 전지는 1차 전지(알카라인)에 비해 경제적이며 친환경적이라는 특징이 있습니다. 

니켈수소-충전지

 

3. 리튬 이온 전지

• 1991년 Sony사에서 최초로 원통형 리튬 이온 전지를 상업화하였고 현재 사용되고 있는 리튬 이온 전지 역시 당시 원천 기술을 근간으로 하고 있습니다.
• 현재까지도 리튬 이온 전지가 주도를 하는 이유는 이전의 전지들이 가지는 단점이었던 메모리 현상이 없기 때문입니다. 메모리 현상이란 전지가 완전 방전되지 않은 상태에서 충전을 하면 배터리의 수명이 줄어드는 현상을 말합니다.

 

 

• 리튬 이온 전지의 다른 특징으로는 소형화, 경량화, 유해물질이 없는 점, 짧은 충전시간 대비 수명이 길다는 것입니다.
• 최근의 리튬 이온 전지는 대부분 보호회로가 내장되어 있어 과충전, 과방전, 과전류 및 쇼트 사고를 예방합니다. 
• 원통형 리튬 이온 전지의 전압은 3.7 [V]이고, 버튼(코인) 형 전지의 전압은 3 [V]입니다. 버튼형 전지 즉 수은 전지라고 칭하는 배터리에 대해서는 1차 전지에 대한 게시물을 참고하시기 바랍니다.
• 일반적으로 사용되는 "18650"의 규격은 첫 번째 두 자리는 직경, 다음 세 자리는 높이에 해당합니다. (단위는 [mm])

리튬이온전지

 

 

이상으로 2차 전지의 특징과 종류에 대해 알아보았으며 이와 관련하여 전지에 대한 기본적인 내용 및 1차 전지에 대한 내용은 아래의 게시물을 참조하시기 바랍니다.

배터리(Battery), 전지(電池)에 대해서 - 첫 번째

배터리(Battery), 전지(電池)에 대해서 - 두 번째