배터리란?

1. 전지

  화학적 또는 물리적 반응을 이용하여 전기에너지를 얻는 직류전원(直流電源)을 말하며 현재 실용화되어 있는 전지는 화학적 방법에 의한 것이 대부분이고, 물리적인 전지는 특수한 분야에서만 사용되며, 1개의 전지에서 얻을 수 있는 에너지도 매우 적다. 화학적인 전지는 1차전지와 2차전지로 나누어진다. 1차전지는 작용물질을 전극 가까이에 미리 넣어 두고, 이 물질의 화학변화에 의해 생기는 전기에너지를 이용하는 것으로, 작용물질의 화학변화가 끝나면 수명(壽命)을 다하여 재생할 수 없게 된다. 이것에는 많은 종류가 있는데, 건전지로서 널리 사용된다. 2차전지는 전기에너지를 방출하여 작용물질이 변화한 후 전지에 전기에너지를 공급, 즉 충전함으로써 작용물질이 재생되어 이를 되풀이할 수 있는 것으로, 축전지로서 많이 사용된다. 연료전지는 넓은 뜻의 1차전지이며, 작용물질을 계속 외부로부터 공급하는 형식이다. 이에 대한 발상은 19세기 초부터 있었으나, 실용화된 것은 얼마 전의 일이다. 물리작용을 이용하는 전지에는 태양전지·열전지·광전지(光電池) 등이 있다.

1-1. 건전지의 종류

  1차 전지
  간단하게 말하면 한 번 사용하고 버리는 전지라고 생각하면 편할꺼 같다.  대부분은 음극에 아연, 양극에 카본, 전해액(電解液)으로 염화암모늄·수산화나트륨 등을 사용한 것이며, 1개의 기전력(起電力)은 1.4∼1.7 V이다. 가장 많이 보급되어 있는 것은 망간건전지인데, 이것은 음극에 아연, 양극에 카본, 전해액에 염화암모늄과 염화아연을 사용하고, 감극제(減極劑)로서 이산화망간을 사용한 것이다. 이 밖에 소전지(素電池)를 평판형으로 조립하고 이것들을 포개어 쌓아 전기적으로 직렬 또는 병렬로 조합한 적층건전지(積層乾電池)가 있으며, 통신기용의 전원 등에 사용된다. 망간건전지는 기전력 약 1.6 V, 사용시의 전압 약 1.5 V이며, 최근의 것은 음극의 아연을 원통으로 하여 전해액이 흘러나오지 않는 구조로 되어 있으므로 사용 중에 액(液)으로 더립혀질 염려가 없다. 건전지를 사용할 때의 주위온도는 10∼30 ℃가 알맞고, 최고온도는 60 ℃로 보아야 한다. 또, 5 ℃의 저온에서는 용량이 줄고, －20 ℃ 정도가 되면 전해액이 동결하여 전지로서의 기능을 잃게 된다. 미사일이나 우주통신 등에 사용되는 것은 －20 ℃ 이하에서 사용할 수 있도록 만들어지고, 특수 전해액을 사용한 내한건전지(耐寒乾電池)도 실용화되고 있다.

2차 전지
  화학 에너지를 전기 에너지로 바꿔 여러 번 충전하여 사용할 수 있는 전지이며 납 축전지, 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-Mn) 전지, 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등이 있다. 가장 많이 사용되는 것은 납축전지이다. 이것은 양극에 과산화납, 음극에 해면상(海綿狀)으로 만든 납, 전해액에는 비중 1.2∼1.3의 황산을 넣은 것이며, 기전력은 약 2.1 V, 방전시의 전압은 처음에는 약 2.0 V, 방전최종시에는 약 1.8 V가 된다. 방전을 계속하면 양극이나 음극이 모두 황산납으로 이행(移行)하고, 충전하면 원래의 상태로 되돌아간다. 충전·방전의 횟수는 수백 회에서 1,000회 이상도 가능하다. 1개의 전지의 부피를 크게 한 경우도 기전력의 값은 변하지 않으나, 얻을 수 있는 전류는 부피와 더불어 수십 A라도 얻을 수 있는 대형인 것도 있다. 또, 축전지에는 자동차용과 같이 이동하면서 사용하는 것과 전지실 등에 고정시키는 것이 있는데, 어느 것이나 방전 후에 즉시 충전시키지 않으면 전지의 수명이 짧아진다. 최근에는 알칼리축전지가 널리 보급되고 있는데, 이것은 양극에 수산화니켈, 음극에 카드뮴, 전해액에 알칼리용액을 사용한 2차전지로서, 기전력은 약 1.35 V이다. 충전·방전의 반복사용이 가능하나 납축전지에 비해서 진동에 강하고 자체방전(自體放電)이 적으며, 수명이 길어서 20년 이상이나 사용할 수 있다고 하지만 값이 비싸다.

2. 충전지와 일반 건전지 비교

3. 충전지의 종류

<그림 1: 가장 흔히 사용되는 재충전용 전지들의 특징>

1. 주기 수명은 통례의 관리를 받는 전지에 근거하고 있다. 주기적인 완전 방전 주기를 적용하지 않으면 세 개의 요인 중 하나에 의해 주기 수명이 감소할 수도 있다.

2. 주기 수명은 방전 심도에 근거를 둔다. 깊게 방전하는 것보다 얕게 방전하면 주기가 더 많아진다.

3. 방전은 최초 24시간 후에 가장 높으며, 그 후에는 점점 줄어든다. NiCd는 처음 24시간 안에 10%를 방전하고 나서, 그 후 매 30 일마다 약 10%까지 떨어진다. 자가-방전은 더 높은 온도에서 증가한다.

4. 내부 보호 회로는 전형적으로 개월 당 3%를 소모한다.

5. 1.25V는 공인된 단위전지 전압 등급이며, 지금 역시 1.2V도 보통으로 사용하고 있다. 단위전지들 사이에 차이는 없다.

6. 사용한 양전극에 따라 2.5∼3.0 볼트.

7. Capable of 1C까지의 펄스로 된 부하 전류s.

8. 단지 방전에만 적용된다; 충전 온도 범위는 더 제한된다.

9. 관리는 마무리 충전의 형태일 수도 있다.

10. 주기 수명으로 나눈 전지의 가격으로 추정. 전기와 충전기의 비용은 포함되지 않는다.

4. 메모리 효과