전기 배터리의 전압 – 전지 전압
전기 배터리의 전지 전압은 전기화학 반응에서 양극과 음극을 구성하는 재료들의 전위차에 의해 생성됩니다. 전기 배터리의 전체 전압은 다음과 같은 요소들에 의해 결정됩니다.
화학적 구성
전지 전압은 전기화학 반응에서 양극과 음극을 구성하는 재료들의 전위차에 의해 결정됩니다. 서로 다른 배터리 화학은 서로 다른 전지 전압을 만듭니다.
다양한 화학적 구성에 따른 전지 전압
1.5V (직류) – 비충전식 알카라인 배터리 (예: AAA, AA, C 셀)의 일반적인 개방 회로 전압입니다.
3V (직류) – 리튬 기반 일차 전지는 음극이 금속 리튬인 배터리입니다. 대부분의 리튬-금속 전지(예: 버튼 셀)의 전압은 3V입니다.
3.8V (직류) – 거의 모든 리튬이온 배터리는 3.8 볼트에서 작동합니다.
12V (직류) – 자동차 배터리의 일반적인 전압은 12 볼트(직류)입니다. 그러나 이 배터리는 여섯 개의 2V 납 셀로 구성됩니다.
전지 수
연속된 배터리들은 각 배터리의 전압에 배터리 수를 곱한 전압을 생성합니다.
알카라인 배터리의 1.5V는 왜 그럴까?
알카라인 배터리에서 음극은 아연이고 양극은 고밀도 이산화망간(MnO2)입니다. 반응 중에 소비되지 않는 알카라인 전해질은 수산화 칼륨(KOH)입니다. 아연과 MnO2만 방전 중에 소비됩니다. 반응식은 다음과 같습니다:
Zn(s) + 2OH–(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e– [Eoxidation° = +1.28 V]
2MnO2(s) + H2O(l) + 2e– → Mn2O3(s) + 2OH–(aq) [Ereduction° = +0.15 V]
전체 반응: Zn(s) + 2MnO2(s) ⇌ ZnO(s) + Mn2O3(s) [e° = +1.43 V]
1.5V 알카라인 배터리와 1.2V 충전식 배터리의 차이
일차 (일회용 또는 알카라인) 배터리는 신선할 때 1.5V의 개방 회로 전압을 가진 셀을 사용합니다. 이차 (충전식) 배터리는 NiMh 또는 NiCd의 1.2V 개방 회로 전압을 가진 셀을 사용합니다. 실제로 알카라인 배터리와 충전식 배터리는 집합에서 교환 가능하게 사용될 수 있습니다. 그들은 단지 다른 전압 특성을 가집니다.
배터리의 다른 특성
절단 전압: 배터리의 “비어있는” 상태를 일반적으로 정의하는 최소 허용 전압입니다.
용량: 배터리가 100% SOC에서 절단 전압까지 일정한 방전 전류로 방전될 때 사용 가능한 총 암페어-시간입니다.
셀프 방전: 배터리는 연결되어 전류를 전달하지 않을 때에도 점차적으로 자체 방전합니다. 이는 셀 내부에서 부하가 적용되지 않을 때 발생하는 비전류 생성 “측면” 화학 반응 때문입니다.
열화: 충전식 배터리는 각 충전-방전 주기마다 일부 열화가 발생합니다. 이는 전해질이 전극에서 멀어지거나 활성 물질이 전극에서 떨어져 나가기 때문입니다.
방전 깊이: 방전 깊이는 배터리에서 얼마나 많은 에너지가 추출되었는지를 나타내는 척도로, 전체 용량의 백분율로 표현됩니다.
충전 상태: 충전 상태는 배터리에 정의된 “가득 참” 및 “비어 있음” 상태에 비해 남아있는 암페어-시간의 양을 나타냅니다.
