리튬 금속 배터리의 구성
리튬 금속 배터리는 금속 리튬을 양극으로 사용하는 배터리입니다. 이러한 배터리는 리튬-금속 배터리로도 알려져 있으며, 재충전이 불가능한 일차 전지로 분류됩니다. 리튬 기반의 일차 전지는 자체 방전율이 낮아 최대 10년까지 보관이 가능하며, 최대 70도의 온도에서도 안정적입니다. 가장 흔한 리튬 금속 배터리의 유형은 다음과 같습니다:
- 리튬-망간 이산화 전지
- 리튬 철 이황화물 전지
- 리튬 티오닐 클로라이드 전지
- 리튬 공기 전지
리튬-망간 이산화 전지의 전체 반응
리튬/망간 이산화 전지의 전체 반응식은 Li(s) + MnIVO2(s) ⇌ MnIIIO2(Li+) 입니다. 이 반응의 표준 전위는 +3.19 V입니다.
리튬 금속 배터리의 특징
리튬 금속 배터리는 일차 전지로, 이는 재충전 가능한 리튬-이온 또는 리튬-폴리머(이차 전지)와 구분되어야 합니다. 리튬-이온 배터리는 금속 리튬을 포함하지 않습니다. 이 일차 전지는 낮은 자체 방전율로 인해 최대 10년간 보관이 가능하며, IEC 표준 시스템에서 배터리의 화학적 구성을 식별하는 첫 글자는 ‘C’로, 리튬 금속 배터리(CR2032 등)를 의미합니다.
리튬은 높은 에너지 밀도를 가진 배터리에 적합한 전극 재료입니다. 낮은 전극 전위와 매우 높은 전도성을 가지고 있으며, 부드럽고 가공이 용이하여 얇은 호일로 압출될 수 있습니다. 이 배터리는 여러 방식으로 분류될 수 있으나, 가장 편리한 방법은 카토드 재료와 전압에 따라 분류하는 것입니다.
리튬 금속 배터리의 유형
리튬-철 이황화물 전지는 리튬을 양극으로 사용하고 철 이황화물을 음극으로 사용합니다. 전지의 전압은 1.5볼트이며, 고성능 AA 배터리에 사용됩니다. 다른 대부분의 리튬 배터리는 3.0볼트 시스템으로, 망간 이산화물이나 탄소 모노플루오라이드와 같은 고체 또는 이산화황 또는 티오닐 클로라이드와 같은 매우 독성이 강한 액체를 카토드로 사용합니다.
리튬 금속 배터리의 구성 요소
리튬/망간 이산화 전지는 다음과 같은 다섯 부분으로 구성됩니다:
- 뚜껑 (음극 단자)
- 양극. 양극의 활성 재료는 금속 리튬입니다. Li+ 이온은 용액으로 들어가 전해질과 분리막을 통해 음극으로 확산됩니다.
- 분리막. 분리막은 배터리의 양극과 음극 사이에 놓인 투과성 막입니다.
- 음극. 음극의 활성 재료는 고밀도의 망간 이산화물(MnO2)입니다. MnO2는 사중가에서 삼중가 상태로 환원됩니다.
- 전해질. Li/MnO2 전지의 전해질은 알칼리 금속 염이 용해된 유기 용매 혼합물입니다.
캔 (양극 단자)
그림: Li/MnO2 버튼 셀의 개략적 구조. 출처: varta-ag.com
다음 글
리튬 금속 배터리의 다음 주제는 … 입니다.
