전지 Battery

전지

전지(電池, 영어: battery)는 전류를 흘려주는 일을 하는 화학 물질이다. 전해질에 금속 이온이 녹으면 금속의 특성에 따라 전위차가 생겨 전류를 흘린다. 따라서 두 극판을 만들고 이에 전선을 연결하여 전류를 공급받는다. 볼타가 처음 만들었다. 장시간동안 안정적인 전압을 출력하므로 순간적인 방전을 일으키는 콘덴서와는 구분된다.

전지를 산 뒤에 기존의 포장을 그대로 놔두었다고 하더라도 전지는 해마다 2% 에서 25%까지 기존의 충전량을 잃을 수 있다. 이 양은 여러 요인에 의해 영향을 받으나 특히 온도에 따라서 바뀌며 온도가 높을수록 잃는 양이 더 늘어난다. 전지는 방전되는 양을 줄이기 위해 시원한 곳에 보관하는 것이 좋다. 그런 이유로 사람들은 건전지를 냉장고에 보관하는 등의 방법을 사용하기도 한다. 너무 높거나 너무 낮은 온도 또한 전지의 수명을 줄인다.

●1차전지

일차 전지(一次電池, Primary cell)는 전지 내의 전기화학반응이 비가역적이기 때문에 한 번 쓰고 버려야 하는 일회용 전지를 일컫는다. 충전하여 재사용이 가능한 이차 전지와는 달리, 일차 전지는 전지 내에 전류를 흘려 줌으로써 방전 시에 일어난 화학 반응을 역으로 되돌리는 것이 불가능하다. 화학반응자들(리튬 전지에서의 리튬과 같은 원소들)은 전지에 역방향의 전류를 걸어 준다고 해서 본래의 위치로 되돌아가지 않으며, 따라서 전지의 용량이 회복되지도 않는다. 일차 전지는 양극과 음극 중 어느 한쪽, 또는 양쪽 모두를 소진함으로써 수명을 다한다.

●2차전지

이차 전지(secondary cell), 축전지(storage battery)는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말한다. 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로 "충전식 전지"(rechargeable battery)라는 명칭도 쓰인다. 흔히 쓰이는 이차 전지로는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈 수소 축전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다.

이차 전지는 한 번 쓰고 버리는 일차 전지에 비해 경제적인 이점과 환경적인 이점을 모두 제공한다. 이차 전지는 표준 AA, AAA, C, sub_C, D, 9볼트 등의 규격을 따라 생산되는 것이 시중에서 판매되고 있으며, 이러한 종류의 전지를 구매하는 소비자들 또한 이에 친숙해 있다. 여러 번 충전할 수 있다는 것이 장점이지만 일차 전지에 비해 더 비싸고 이러한 전지에 쓰이는 화학부나 금속의 독성이 더 강한 편이다. 반면 일차 전지는 환경에 영향을 주는 독성 물질을 땅에 축적시키지 않는다. 니켈 수소 축전지를 생산하는 일부 업체들은 이 전지를 최대 3,000번까지 다시 충전해 사용할 수 있다고 주장하고 있다.

●니켈-카드뮴전지

니켈-카드뮴 전지는 니켈과 카드뮴을 쓰는 충전지로, 휴대용 전자기기와 장난감에 널리 쓰이며, 알칼라인 전지와 같은 1차 전지를 대신해서 쓰이기도 한다. 납축전지보다 무게에 비해 효율이 좋고 수명이 길기 때문에 비행기의 시동을 거는 데에 쓰이고 전기 자동차에도 쓰인다.

니켈-카드뮴 전지의 기전력은 1.2 볼트로, 보통 쓰이는 1.5 볼트짜리 전지보다 낮다. 하지만 니켈-카드뮴 전지는 전압이 떨어지지 않는 반면에 대부분의 1차 전지는 수명이 다하면서 점점 전압이 약해진다. 많은 전자기기가 전기가 닳은 1차 전지로도 쓸 수 있도록 1.0 볼트 정도의 낮은 전압에서도 동작하도록 되어 있기 때문에 니켈-카드뮴 전지로도 전자기기를 쓸 수 있다. 낮은 전압에도 불구하고 저항이 작기 때문에 큰 전류를 필요로 하는 휴대용 기기에 적합하다.

니켈-카드뮴 전지는 수산화니켈로 된 양극, 수산화카드뮴으로 된 음극, 분리막, 알칼라인 전해질로 되어 있다. 니켈-카드뮴 전지에서 일어나는 화학 반응은 다음과 같다.

2 NiO(OH) + Cd + 2 H₂O ↔ 2 Ni(OH)₂ + Cd(OH)₂

전지가 방전될 때 왼쪽에서 오른쪽으로 가는 반응이 일어나고, 전지를 충전하면 오른쪽에서 왼쪽으로 가는 반응이 일어난다. 알칼라인 전해질(보통 수산화칼륨)은 이 반응에서 소비되지 않는다.

●리튬이온전지

리튬이온전지 핵심소재 1. 양극재 2. 음극재  3. 전해액 4. 분리막

●기억 효과 memory effect 記憶效果

양극 전극으로 니켈(Ni)을 사용하는 이차 전지를 충분히 방전하지 않은 상태에서 충전하면, 최대 용량에서 남아 있는 용량을 뺀 소모된 용량만 충전 가능한 용량으로 인식하는 현상. 실제로 전지의 용량이 줄어드는 것이 아니라 방전 전압이 떨어져서 용량이 줄어든 것으로 보이는 상태다.

● 핸드폰 충전 시 정전압/정전류를 안정적으로 유지할 수 있는 검증된 충전기를 사용하는 것이 바람직하다. 질이 나쁜 충전기는 안정적인 전류를 공급하지 못해 배터리를 충전하는 충전회로에 심한 스트레스를 준다.

●연료전지

말 그대로 연료를 사용하여 전기를 만들어내는 장치로써, '3차 전지'라고도 부른다. 연료나 재질에 따라 PEMFC[1], SOFC[2], MCFC[3]등의 다양한 종류가 존재한다.

가장 기초적인 형태의 연료전지는 수소와 산소를 사용하는 것으로서, 수소와 산소가 반응하여 물이 만들어지는 반응을 사용한다. 간단히 요약하자면 물을 전기분해하면 양극에서는 산소가 생성되고 음극에서는 수소가 생성되는데, 이 과정을 완전히 거꾸로 진행시킨다고 보면 된다. 메탄올 등의 알코올을 사용하는 연료전지도 있다. 연구용으로만 따지자면 주스나 혈액에 있는 당으로 작동하는 것도 있다.

PEMFC의 경우 수소와 산소를 사용하는 연료전지의 음극(anode)에서는 H2인 수소가 2개의 수소 이온과 2개의 전자로 분해된다. 전자는 도선을 타고 양극(cathode)로 이동하고, 수소 이온은 전해질(electrolyte)를 통과하여 양극으로 이동하게 된다. 양극에서는 이동해온 수소 이온과 전자, 산소가 반응하여 물이 생성된다. SOFC의 경우 양극(cathode)에서 산소가 산소이온과 전자로 분리되고 음극에서 산소이온, 수소, 전자가 반응하여 물이 생성된다. 이 과정에서 존재하는 전자의 이동을 전력으로서 사용한다는 것이 연료전지의 기본 개념이다.

●건전지

dry cell. 양극은 망간을 사용하고 음극은 아연을 사용하는 1차전지로 통상 공칭 기전력 전압은 1.5V. 한자로는 乾(마를 건) 자를 써서 乾電池(건전지)라고 부르는 건 그 이전의 액체 전해질을 사용하는 습식전지와 구별해서 부르는 통칭으로 전해액에 따라 망간 전지와 알칼리 전지를 통틀어 건전지라고 부른다. 1차전지로서 일단 방전된 것은 다시 충전할 수가 없다. 

종류 : 1위 듀라셀 2위 에너자이저 에네루프 , , 파나소닉 , 벡셀 등

볼타전지(갈바닉 전지)  <-->     전해전지

출처

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%84%EC%A7%80 (전지)

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%BC%EC%B0%A8_%EC%A0%84%EC%A7%80 (일차전지)

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9D%B4%EC%B0%A8_%EC%A0%84%EC%A7%80 (이차전지)

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%8B%88%EC%BC%88-%EC%B9%B4%EB%93%9C%EB%AE%B4_%EC%A0%84%EC%A7%80 (니켈-카드뮴전지)

https://namu.wiki/w/%EC%A0%84%EC%A7%80(%EC%9E%A5%EC%B9%98) (전지)

https://namu.wiki/w/%EC%9D%B4%EC%B0%A8%20%EC%A0%84%EC%A7%80 (이차전지