1차 전지란 무엇일까?
1차 전지란 무엇일까요?
말뜻 그대로 1차만 사용할 수 있는 배터리입니다.
수명이 다하면 재사용이 불가능한 배터리죠.
재사용이 불가능하기 때문에 환경문제를 야기하기도 합니다.
체중계에 들어가는 배터리, 벽걸이 시계에 들어가는 배터리들이 주로 1차 배터리를 사용합니다.
2차 전지란?
2차 전지는 1차 전지와 반대로 2차로 사용할 수 있는 배터리입니다.
그렇다고 2번만 사용할 수 있는 건 아니고요.
휴대폰, 디지털카메라, 스마트워치 등 우리가 충전해서 다시 사용하는 배터리가 바로 2차전지입니다.
요즘 사용하는 최신기기에는 모두 2차전지가 들어간다고 보시면 됩니다.
2차전지의 대표! 리튬이온 전지 lithium ion
우리가 최근에 말하는 2차전지는 대부분 리튬이온전지가 사용되고 있습니다.
리튬이온은 다른 물질들보다 전자를 잃고 양이온이 되려는 경향이 강해 작동전압과 에너지 용량이 우수합니다.
하지만 구조적으로 발화 및 폭발 위험성을 내재하고 있어 휴대폰 배터리 화재, 전기차 배터리 화재 등
위험성을 갖고 있죠!!
2차 전지의 4개 핵심 소재
2차전지는 크게 4개의 핵심 소재로 구성되어 있습니다.
1. 양극재
2. 음극재
3. 분리막
4. 전해질
여기서 양극재, 음극재가 배터리의 성능을 결정하고
분리막과 전해질이 배러티의 안정성을 결정합니다.
양극재란?
양극재는 리튬이 들어가는 공간으로 양극화물질로 리튬산화물이 사용됩니다.
리튬에 산소를 결합한게 리튬산화물인데 리튬 원소 자체는 불안정하기 때문에 산소와 결합하여
안정화시켰다고 보시면 됩니다.
음극재란?
음극재는 리튬을 저장 및 방출하여 전기를 발생시키는 역할을 합니다.
음극재의 음극활물질로 흑연이 사용되는데 흑연은 구조적으로 안정되어 있고 리튬이온 저장능력이 좋아 많이 사용됩니다.
전해액? 분리막이란?
전해액이란 양극과 음극 사이에서 리튬이온이 원활하게 움직일 수 있게 해주는 물질입니다.
분리막이란 양극재와 음극재가 서로 섞이지 않도록 물리적으로 막아주는 역할을 합니다.
내부의 미세한 구멍을 통해서 리튬 이온만 이동하게 됩니다.
양극재와 음극재가 혹시 분리막을 뚫고 접촉하게 되면 short가 발생하여 화재가 발생할 수 있습니다.
충전과 방전시 리튬이온의 이동
2차 리튬이온전지를 충전하게 되면 양극제에 있던 리튬이온이 음극제로 이동하게 됩니다.
이렇게 리튬이온이 음극제로 이동이 많이 될수록 충전양이 많아지는 것이죠!
그리고 반대로 제품을 사용하게 되면 배터리에서 방전이 일어나게 됩니다.
그러면 음극제에 있던 리튬이온이 양극제로 이동하게 됩니다.
충전과 방전은 바로 이 리튬이온의 이동으로 인해서 발생합니다.
2차전지의 메모리 효과!
최신의 리튬이온 전지 전에는 니카드ni-cd 전지가 많이 사용되었습니다.
ni-cd 배터리는 메모리 효과라는게 있어서 수명이 서서히 단축되었습니다.
배터리를 100% 방전시키지 않고 충전을 하면 100% 충전이 되지 않는 치명적 단점이죠!
하지만 최근에 사용되고 있는 Li-ion 리튬이온배터리는 메모리효과가 거의 없어
100% 방전을 하지 않고 충전하여 사용해도 됩니다.
리튬이온의 수명은 약 2~3년이며 충전사이클은 약300~500회로 알려져있습니다.
2차 전지의 위험성과 전고체배터리의 필요성
2차전지로 인해 화재가 발생하는 뉴스를 종종 봅니다.
리튬이온 전지의 가장 큰 단점이 바로 이 안정성입니다.
온도나 외부 압력에 의해서 화재가 발생할 수 있기 때문이죠.
실제로 갤럭시 노트7 배터리 이슈로 인해 전체 리콜했던 사건이 가장 유명하지 않을까 싶네요.
최근에는 전기차배터리 화재도 급증하고 있습니다.
이런 단점으로 인해서 차세대 배터리로 "전고체배터리"가 각광받고 있습니다.
다음 포스팅에서 "전고체배터리"에 대해서 알아보겠습니다!
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