1. 배터리란 무엇인가?
- 배터리는 우리가 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 스마트폰, PC, 자동차 등에 탑재되어 있는 전원 공급 장치이다.
상시 공급이 아닌 우리가 필요할 때 배터리가 가지고 있는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 공급해주는 것이 중요한 특징이다.
- 최근 2050 탄소 제로 실현을 위해 모든 산업군에서 '친환경'을 모티브로 다양한 친환경 제품들을 생산 중이다.
배터리 산업은 친환경 산업에 해당하는 대표적인 제품으로 이것을 자세히 알아보고자 한다.
2. 1차 전지, 2차 전지 이 차이는 대체 무엇인가?
배터리는 크게 1차전지, 2차전지 2가지 형태로 존재한다.
1차 전지
1차 전지는 쉽게 말해 1회용 이라고 생각하면 된다.
말 그대로 저장된 에너지를 전부 소진하면 더 이상 사용하지 못하고 폐기해야 한다.
1차 전지의 종류로 망간(Zn)전지, 알칼리(KOH)전지가 있고 사용되는 전해액의 차이에 의해 이름이 나뉘게 된다.
망간 전지
시계, 리모콘 등 전류 소모가 적은 기기들에 주로 사용되며 알칼리 전지 대비 안정성이 우수하다는 장점이 있다.
알칼리 전지
전류 소모가 상대적으로 큰 카메라, RC카 조종기 등에 사용되는 전지이다.
2차 전지
2차 전지는 충전이 가능한 충전지라는 의미를 갖고 있다.
최근 각광 받고 있는 리튬이온배터리가 개발되기 이전의 2차 전지들도 존재한다.
최초의 2차 전지는 2세기 전에 개발되었지만 여전히 해당 전지들은 다양한 전자 제품에 사용되고 있다.
납축 전지
납축 전지는 자동차 엔진룸, SLI(Starting, Lighting & Ignition)와 같이 모빌리티류의 엔진 모듈로서 사용되는 전지이다.
납축전지는 방전된 상태로 오래 방치하면 수명과 성능이 급격히 저하되는 특징을 가지고 있다.
수명 저하 원인: 방전 시 전해액의 비중과 전압이 저하되면서 활(성)물질인 PbSO4(황산납)으로 변하여 전기 생산이 불가하게 됨.
니켈카드뮴 전지
니켈카드뮴전지는 현장에서 주로 쓰이는 드릴, 펄스건과 같은 전동 공구 분야에 주로 쓰인다. 초기 2G 휴대폰이 나왔을 시점에도 니켈 카드뮴 전지가 사용되었다. 카드뮴에 노출된 사람은 신장 기능에 문제를 야기하며 환경오염으로 인해 현재는 리튬이온배터리로 대체되고 있다.
니켈수소 전지
카드뮴의 유해 원인으로 인해 Ni-Cd에서 Ni-MH로 대체가 되며 에너지밀도를 높였다.
휴대폰, 노트북 등 이동식 전자기기 들에 배터리로서 현재도 많이 사용되고 있는 배터리 종류이다.
리튬이온 전지
Ni-MH에서 발전된 전지로 현재 가장 광범위하게 사용되고 있으며 끊임없는 기술 혁신이 진행되는 중인 2차 전지이다.
흔히 리튬이온 배터리라고 부른다.
리튬이온배터리는 다음의 장단점을 갖고 있다.
장점
1. 높은 에너지밀도
- 배터리의 품질을 가리는 중요한 요소 중 하나는 에너지 밀도이다. 에너지 밀도가 어느정도냐에 따라 1회 충전 시 수행기간이 늘어난다.
(자동차의 연료통의 크기와 비교하면 이해가 쉽다.)
2. 기존 배터리 대비 긴 수명
- 2차 전지는 충전을 통해 지속적으로 사용하는 에너지 저장장치이다. 앞전에 설명했듯이 배터리는 충방전을 거쳐 점차 배터리 수명이 저하 되는데 리튬이온 배터리는 이러한 해결과제를 극복했다.
3. 빠른 충전
- 바쁘게 돌아가는 현대 사회에 속도는 생명이다. 충전이 빠를수록 시간을 절약함과 동시에 편리함이 장점이 된다.
4. 경량화
- 무거운 짐을 들고 다니는 것은 매우 힘든 일이며 그만큼의 에너지를 소모하게 된다. 리튬이온 배터리는 경량화를 통해 에너지 소비를 절감하고 에너지 효율을 극대화 할 수 있게 됐다.
단점
1. 안전성의 문제
- 리튬이온배터리는 스웰링 현상이라는 배터리가 부풀어 오르는 현상이 발생한다. 충방전 및 에너지 변환이 이루어지는 이온화 과정에서 '덴드라이트(Dendrtie)'라는 가시처럼 생긴 수지상 결정 물질이 형성된다. 이런 현상이 지속적으로 반복되며 배터리가 부풀어오르고 폭발 현상을 야기한다. 현재 배터리 이슈 중 가장 큰 해결과제 중 하나이며, 열 폭주를 잡는 배터리 기업은 시장을 선두하게 될 것이라 자부할 수 있다.
2. 폐배터리 처리
- 리튬이온배터리는 Mn, Ni, POF3 등 유독 물질을 포함하기에 폐처리가 매우 어렵다. 최근 이를 해결하기 위해 폐배터리 리사이클링이 주목받고 있다. 셀 단위로 배터리를 분해하여 배터리 소재로서 재활용하는 방식인데 현재 재활용 수율문제를 극복하고자 환경 업체들이 심혈을 기울이고 있다.
글을 마치며,
이번글에서는 배터리가 무엇인지에 대한 간략한 개요와 종류에 대해 알아보았다. 배터리는 이처럼 다양한 형태로 발전해왔으며, 현대에 들어서 해결해야 할 문제들도 많은 제품이다. 동시에 배터리 엔지니어로서 성장하고 싶은 글쓴이를 더욱 욕심이 나게 하는 제품이기도 하다.
다음 글에선 리튬이온 배터리의 원리에 대해서 알아보고자 한다.
TO BE CONTINUTED....
출처:
https://blog.naver.com/roboholic84/221139110927
https://www.lgcns.com/blog/it-trend/20041/
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