트랙션 배터리: 지속 가능한 방전을 위한 설계
트랙션 배터리, 또는 딥 사이클(deep cycle) 배터리는 장시간에 걸쳐 지속적이고 작은 방전을 생성하기 위해 설계된 배터리입니다. 이러한 배터리는 사이클링으로 인한 퇴화에 훨씬 덜 민감하며, 배터리가 정기적으로 방전되는 응용 분야, 예를 들어 태양광 시스템과 전기 자동차에서 필요합니다. 딥 사이클 배터리는 높은 DOD(방전 깊이, 80% 이상)에서도 수천 사이클의 수명을 유지할 수 있어야 합니다.
트랙션 배터리는 특정 용량과 상당히 높은 사이클 수를 달성하기 위해 두꺼운 납 판을 사용합니다. 이들은 최대 전류를 적게 제공할 수 있지만 자주 방전되는 것을 견딜 수 있습니다. 일부 배터리는 스타터(고전류)와 딥 사이클 사이의 절충안으로 설계되었습니다. 이들은 자동차 배터리보다 더 큰 정도로 방전될 수 있지만 딥 사이클 배터리보다는 적습니다. 이들은 “해양/모터홈” 배터리로 불릴 수 있습니다.
트랙션 배터리는 주로 전기 지게차, 전기 트랙터, 대형 산업용 청소 기계 및 공중 작업 플랫폼과 같은 중공업 전기 응용 분야에서 사용됩니다.
납산 배터리의 종류
딥 사이클 납산 배터리는 일반적으로 두 가지 구별되는 카테고리로 나뉩니다: 범람형(FLA)과 밸브 조절 납산(VRLA)으로, VRLA 타입은 흡수 유리 매트(AGM)와 젤로 더 세분화됩니다.
1. VLA 배터리
VLA(통기성 납산) 배터리는 범람형 또는 통기성 전해질 납산 배터리로, 전극이 과잉의 액체 전해질에 잠겨 있습니다. VLA 배터리에는 트랙션 또는 딥 사이클이 포함됩니다.
2. SLI 배터리
SLI는 시동, 조명, 점화를 의미합니다. SLI 배터리는 최대 전류를 짧은 시간 동안 전달하도록 설계되었으며, 전압을 일정하게 유지하기 때문에 매우 낮은 내부 저항을 가지고 있습니다. 이 배터리는 얕은 사이클 조건에서는 좋은 수명을 가지지만 깊은 사이클에서는 매우 제한된 수명(약 12-15 사이클)을 가집니다.
3. VRLA 배터리
VRLA(밸브 조절 납산) 배터리는 밸브로 조절되거나 밀봉된 타입으로, 전해질이 흡수성 분리기 또는 젤에 고정되어 있습니다. VRLA 배터리의 두 주요 유형은 다음과 같습니다:
흡수 유리 매트 (AGM): AGM 납산 배터리는 전해질에 작은 가스 통로가 있는 VRLA 배터리 유형입니다. AGM 배터리는 일반 범람형 및 유지 보수가 필요 없는 타입의 납산 배터리보다 높은 전력 및 에너지 밀도와 더 긴 사이클 수명을 제공합니다.
젤 셀 (젤 배터리): 현대의 젤 배터리는 젤화된 전해질을 가진 VRLA 배터리입니다. 젤 배터리는 습식 배터리에서 흔히 발생하는 전해질 증발 및 유출(그리고 그로 인한 부식 문제)을 줄이고 충격 및 진동에 대한 저항력이 더 큽니다.
납산 배터리의 화학적 원리
납산 배터리의 작동 원리는 충전 및 방전 중에 발생하는 화학 과정으로 설명될 수 있습니다. 방전 동안, 음극에서는 Pb + SO42- → PbSO4 + 2e–의 과정이 일어납니다. 납은 전해질과 산화되어 납 황산염을 형성하고 두 개의 전자를 방출합니다. 양극에서는 PbO2 + SO42- + 4H+ +2e– → PbSO4 + 2H2O의 반응으로 납산염이 형성됩니다. 이 반응에서는 납 산화물의 환원이 일어납니다. 형성된 납 황산염은 전극과 일부는 하우징 바닥에 코팅으로 침착됩니다. 방전 과정에서 황산이 사용되기 때문에, 전해질의 밀도를 측정함으로써 SoC를 결정할 수 있습니다.
충전 중에는 이 과정들이 반대 방향으로 일어나 방전 동안 형성된 납 황산염이 납 및 환원된 납 산화물로 산화됩니다. 납 황산염이 완전히 소모되고 충전 과정이 중단되지 않으면 전해질의 전기분해가 시작됩니다. 과충전은 물의 전기분해에 의해 산소와 수소 가스를 생성하며, 이 가스는 기포를 형성하여 손실됩니다. 밀봉된 배터리는 밸브 위에 촉매(Pd, Pt)를 가지고 있어 산소수소 가스가 물로 재결합할 수 있습니다. 결과적인 전지 전압은 갈바닉 시리즈로부터 결정될 수 있습니다. 적-환원 반응의 총 전압은 다음과 같습니다: E0 = 1.68V – ( – 0.36V) = 2.04V.
