니켈 기반 배터리의 역사와 발전
지난 세기에 니켈 기반 배터리는 거의 모든 휴대용 장치에서 사용되었으며, 높은 에너지 밀도와 큰 저장 용량을 저렴한 비용으로 제공하는 주요 장점을 가졌습니다. 현재 다양한 배터리 유형의 등장으로 글로벌 시장이 더 경쟁적이 되었지만, 니켈은 여전히 세계적으로 가장 많이 사용되는 배터리 중 하나입니다.
니켈 기반 배터리의 두 가지 주요 유형
- NiMH 배터리: 니켈-수소 배터리는 니켈 수산화물을 양극으로 사용하고 수소 흡수 합금을 음극으로 사용합니다. NiMH 배터리는 1989년 상업적으로 도입되었으며, 전기 하이브리드 차량에 주로 사용되고 있습니다. NiCd 배터리에 비해 40% 높은 특정 에너지를 제공하며, 독성 카드뮴이 없는 것이 주요 장점입니다.
- NiCd 배터리: 니켈-카드뮴 배터리는 니켈 산화수산화물을 양극으로, 금속 카드뮴을 음극으로 사용합니다. 이 배터리는 높은 전력 능력을 가지고 있지만, 높은 독성으로 인해 현대 배터리 시스템의 대안이 되지 못하고 있습니다.
니켈 기반 리튬 이온 배터리
니켈은 리튬 이온 배터리에서도 널리 사용되고 있습니다. 특히 NCA(니켈 코발트 알루미늄)와 NMC(니켈 망간 코발트) 유형의 배터리는 각각 80%, 33%의 니켈을 사용하며, 새로운 NMC 형태는 80%에 가까운 니켈을 사용하고 있습니다. 대부분의 리튬 이온 배터리는 현재 니켈에 의존하고 있습니다.
NiMH 배터리의 특징과 장단점
NiMH 배터리는 높은 특정 에너지(최대 100Wh/kg)와 에너지 밀도를 가지고 있으며, 높은 사이클 수명, 낮은 비용, 재활용 가능성 등의 장점을 가지고 있습니다. 그러나 납산 배터리에 비해 kWh 당 더 비싸다는 단점이 있습니다.
NiCd 배터리의 특징과 사용 분야
NiCd 배터리는 작은 크기의 휴대용 장치에서 여전히 사용되고 있습니다. 이 배터리는 저전력 응용 프로그램의 비용이 저렴하지만 같은 용량의 납산 배터리에 비해 세 배에서 네 배 더 비쌉니다.
니켈 기반 배터리의 주요 특성 비교
- 전지 전압: NiMH 및 NiCd 배터리의 일반적인 개방 회로 전압은 1.2V입니다.
- 절단 전압: 배터리가 ‘비어 있는’ 상태를 일반적으로 정의하는 최소 허용 전압입니다.
- 용량: NiMH AA 배터리는 2000-2700 mAh의 평균 용량을, Ni-Cd AA 배터리는 600-1000 mAh의 평균 용량을 가집니다.
- 자가 방전: NiMH 배터리는 높은 자가 방전률을 가지고 있으며, Ni-Cd 배터리의 자가 방전률은 약 10%/월입니다.
알칼리 배터리와 니켈 기반 배터리의 전압 차이
알칼리 배터리는 신선할 때 1.5V의 개방 회로 전압을 가지며, NiMH 또는 NiCd는 1.2V입니다. 전자 장치는 일반적으로 1.0에서 1.5 볼트의 셀 전압으로 작동하므로, 알칼리 배터리와 충전식 배터리는 유사하게 작동합니다.
기타 배터리 유형
배터리는 크기, 형식, 화학적 구성, 응용 분야, 전압 등에 따라 분류될 수 있습니다. 예를 들어, AA, AAA, C, D 배터리, 리튬 이온 배터리, 납산 배터리 등이 있습니다.
