납축전지에 대한 이해
납축전지는 주택, 두 개의 납 판 또는 판의 그룹, 양극과 음극으로 작용하는 판 하나씩, 그리고 전해질로 37% 황산(H2SO4)을 사용하는 2차(충전 가능한) 배터리입니다. 전 세계적으로 대부분의 납축전지는 자동차의 시동, 조명, 점화(SLI) 배터리로 사용되며, 1999년에는 약 3억 2천만 개가 출하되었습니다. 1992년에는 배터리 제조에 약 300만 톤의 납이 사용되었습니다.
산업 분야에서 납축전지는 광산 차량, 지게차의 견인 동력과 같은 역할을 하며, 비상 백업 전원 저장장치(UPS) 및 철도 및 통신을 위한 신호 스테이션과 같은 정지 전원원으로도 사용됩니다.
납축전지의 구성
납축전지는 다공성 또는 다공성 납으로 만든 음극으로 구성되어 있습니다. 이 납은 납의 형성과 용해를 촉진하기 위해 다공성입니다. 양극은 산화납으로 구성됩니다. 두 전극은 황산과 물의 전해질 용액에 잠겨 있습니다. 전극이 배터리의 물리적 움직임이나 전극의 두께 변화로 서로 접촉하는 경우, 전기적으로 절연되지만 화학적으로 투과성이 있는 막이 두 전극을 분리합니다. 이 막은 또한 전해질을 통한 전기적 단락을 방지합니다. 셀의 명목 전압은 약 2V이지만, SoC(충전 상태)와 충전 또는 방전 전류에 따라 약 1.75V에서 2.4V 사이에서 변동합니다.
납축전지의 작동 원리
납축전지의 작동 원리는 충전 및 방전 중에 일어나는 화학 반응으로 설명될 수 있습니다. 방전 중에는 음극에서 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 납산화물의 환원이 일어납니다. 형성된 납 황산염은 전극에 코팅으로 침착되며, 일부는 하우징 바닥에도 침착됩니다. 방전 과정에서 황산이 사용되기 때문에, 전해질의 밀도를 측정하여 SoC를 결정할 수 있습니다.
납축전지의 장단점
납축전지는 전기 에너지를 공급하는 데 비해 상대적으로 무겁습니다. 제조 비용이 낮고 서지 전류 수준이 높기 때문에 용량(10Ah 이상)이 중요한 곳에서 흔히 사용됩니다. 현대의 충전식 배터리와 비교할 때, 납축전지는 상대적으로 낮은 에너지 밀도를 가지고 있습니다. 그러나 높은 서지 전류를 공급할 수 있기 때문에 이 셀들은 상대적으로 큰 전력 대 중량 비율을 가집니다. 자동차 산업에서 표준 배터리가 되었으며, 자동차의 시동, 조명 및 점화(SLI)용 전원원으로 자주 사용됩니다.
단점으로는 다른 배터리 시스템에 비해 깊은 순환에 매우 민감하며, 납의 높은 밀도로 인해 배터리의 특정 에너지가 상당히 낮습니다. 납산 배터리의 충전은 느리며, 완전 충전까지 최대 16시간이 걸릴 수 있습니다. 또한, 충전 전류 및 전력을 제한하는 알고리즘이 필요합니다. 충전 전류가 너무 높으면 황산화가 발생하여 배터리의 성능과 수명이 저하될 수 있습니다. 또한, 수소 가스 생성의 위험으로 인해 주변 온도에 의해 제한되는 최대 전압까지 충전 전압을 조절해야 합니다.
