배터리의 명목 전압
배터리의 명목 전압은 배터리의 보고되거나 참조되는 전압을 의미하며, 때때로 배터리의 “정상” 전압으로 생각됩니다. 다양한 배터리 화학 구성은 서로 다른 셀 전압을 만들어냅니다.
주요 배터리 유형 및 명목 전압
- 1.5V (DC) – 비재충전용 알카라인 배터리(예: AAA, AA, C 셀 등)에 대한 일반적인 개방 회로 전압입니다.
- 3V (DC) – 금속 리튬을 양극으로 사용하는 리튬 기반 일차 전지는 대부분의 리튬-메탈 셀(예: 버튼 셀)의 전압이 3V입니다.
- 3.8V (DC) – 거의 모든 리튬 이온 배터리는 3.8볼트에서 작동합니다. 충전기에서 배터리로 전류가 흐르기 위해서는 전위 차이가 있어야 합니다. 따라서 거의 모든 스마트폰의 배터리 충전기나 USB는 5V의 전압을 제공합니다.
- 12V (DC) – 자동차 배터리에 흔히 사용되는 전압은 12볼트(DC)입니다. 하지만 이 배터리는 여섯 개의 2V 납 셀로 구성됩니다.
배터리의 전기적 원리
전기 배터리는 본질적으로 DC(직류) 전기 에너지의 원천입니다. 배터리는 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전기화학 과정을 통해 전기 및 전자 회로에서 전류가 흐르게 하는 전기기전력의 원천을 제공합니다. 전형적인 배터리는 하나 이상의 볼타 셀로 구성됩니다. 전기화학 셀의 기본 원리는 전해질에 의해 분리된 두 전극에서 자발적인 산화 환원 반응입니다. 전해질은 이온 전도성이 있고 전기적으로 절연된 물질입니다.
셀 전압 및 기타 특성
전기 배터리의 전압은 전기화학 반응에서 양극과 음극을 구성하는 재료의 전위 차이에 의해 생성됩니다. 리튬 이온 셀에서 생성되는 전압은 약 3.6볼트입니다. 이는 표준 니켈-카드뮴, 니켈 금속 수소, 심지어 표준 알칼라인 셀의 약 1.5볼트 및 납산 전지의 약 2볼트 당 셀보다 높아 많은 배터리 응용 프로그램에서 셀의 수를 줄이는 데 유리합니다. 결과적인 대부분의 전압이 2V 정도이기 때문에, 더 실용적인 전기적 전위를 얻기 위해 셀을 직렬로 연결합니다(즉, 12V 배터리를 얻기 위해 2V 납산 셀을 직렬로 연결).
배터리를 이해하기 위한 다른 중요한 특성
각 배터리의 특성을 비교하고 이해하기 위해 몇 가지 중요한 매개변수가 있습니다. 이러한 매개변수는 배터리가 필요하고 특정 품질이 요구되는 경우 참조로 사용됩니다. 배터리는 모든 유형의 장치에 사용되며 무한한 목적으로 사용됩니다.
절단 전압(Cut-off Voltage): 절단 전압은 허용 가능한 최소 전압입니다. 이 전압은 일반적으로 배터리의 “비어 있는” 상태를 정의합니다.
용량(Capacity): 쿨롬 용량은 배터리가 특정 방전 전류에서 100% SOC에서 절단 전압까지 방전될 때 사용 가능한 총 암페어 시간입니다.
C-율(C-rate of Battery): 배터리의 C-율은 배터리가 방전될 수 있는 속도를 나타냅니다.
자기 방전(Self-discharge): 배터리는 연결되어 전류를 공급하지 않더라도 점차 자체 방전됩니다. 이는 셀 내부에서 부하가 적용되지 않을 때도 발생하는 비전류 생성 “측면” 화학 반응 때문입니다.
열화(Degradation): 재충전 가능한 배터리는 각 충전-방전 주기마다 일정한 열화가 발생합니다. 열화는 주로 전해질이 전극에서 이탈하거나 활성 물질이 전극에서 분리되기 때문에 발생합니다.
방전 깊이(Depth of Discharge): 방전 깊이는 배터리에서 인출된 에너지의 양을 나타내며, 전체 용량의 백분율로 표현됩니다.
충전 상태(State of Charge): 충전 상태는 배터리에 남아 있는 충전량, 즉 배터리에 남아 있는 암페어 시간의 양을 나타냅니다.
