배터리의 구성
배터리는 다양한 재료로 만들어져 각기 다른 기능과 성능을 지닙니다. 주로 사용되는 재료로는 납, 니켈, 아연, 리튬이 있습니다. 배터리의 화학적 및 물질적 구성은 크기, 형식, 전체 성능을 결정합니다. 따라서 각 배터리마다 구성이 다릅니다. 그러나 대부분의 배터리는 공통적인 구성요소를 가지고 있습니다. 대부분의 배터리의 주요 부품은 다음과 같습니다:
양극(Cathode)
음극(Anode)
전해질(Electrolyte)
분리막(Separator)
전류 수집기(Current collectors)
전기 배터리의 기본 원리
전기 배터리는 본질적으로 DC 전기 에너지의 원천입니다. 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전기화학 과정을 통해 전기 및 전자 회로에서 전류가 흐를 수 있는 전기기전력을 제공합니다. 전형적인 배터리는 하나 이상의 볼타 셀로 구성됩니다.
전기화학 셀의 기본 원리는 전해질로 분리된 두 전극에서 자발적인 산화환원 반응입니다. 전해질은 이온 전도성을 가지며 전기적으로 절연된 물질입니다. 화학 에너지는 예를 들어 Zn이나 Li와 같은 고에너지 금속에 저장될 수 있습니다. 많은 종류의 배터리가 다양한 재료 조합으로 존재하지만, 모두 산화환원 반응의 같은 원리를 사용합니다.
배터리의 다양한 유형
갈바닉 셀, 전해 셀, 연료 셀, 흐름 셀, 볼타 적층 등 다양한 화학 과정과 디자인을 가진 많은 유형의 전기화학 셀이 생산되었습니다.
습식 셀(Wet cell): 액체 전해질을 사용합니다.
건식 셀(Dry cell): 전류가 흐를 수 있을 정도로만 습기가 있는 페이스트 전해질을 사용합니다.
배터리의 주요 구성 요소
양극(Cathode): 외부 회로에서 전자를 얻고 전기화학 반응 중 환원되는 양의 전극입니다. 리튬 배터리의 경우, 양극 재료는 일반적으로 LiCoO2 또는 LiMn2O4로 구성됩니다.
음극(Anode): 외부 회로로 전자를 방출하고 전기화학 반응 중 산화되는 음의 전극입니다. 오늘날 가장 흔한 음극 재료는 리튬화된 흑연, LixC6입니다.
전해질(Electrolyte): 이온이 이동함으로써 전기 전도성을 가지지만 전자를 전도하지 않는 매체입니다. 리튬이온 배터리에서는 일반적으로 유기 용매에 녹인 리튬 염으로 구성됩니다.
분리막(Separator): 배터리의 음극과 양극 사이에 놓인 투과성 막입니다. 전해질 및 전극 재료와 상대적으로 전기화학적 및 화학적 안정성을 가져야 합니다.
전류 수집기(Current Collectors): 전극에서 외부 회로로 전자의 흐름을 전달하는 배터리 구성 요소입니다.
전기 배터리의 특성
배터리의 특성을 이해하고 비교하기 위해 각 배터리는 특유의 중요한 파라미터들을 가지고 있습니다. 이러한 파라미터들은 배터리가 필요할 때, 특정한 특질이 요구되는 경우 참조됩니다.
셀 전압(Cell Voltage)
컷오프 전압(Cut-off Voltage)
용량(Capacity)
배터리의 C-레이트(C-rate of Battery)
자기 방전(Self-discharge)
열화(Degradation)
방전 깊이(Depth of Discharge)
충전 상태(State of Charge)
자주 묻는 질문
배터리의 주요 부품은 무엇인가요?
전기를 생성하기 위해 배터리에는 4가지 주요 부품이 필요합니다: 음극, 양극, 전해질, 분리막.
알칼라인 배터리(AAA 또는 AA)는 1.5V로 만들어지는 반면, 충전식 배터리는 1.2V인 이유는 무엇인가요?
알칼라인 배터리와 충전식 배터리는 서로 다른 화학적 특성으로 인해 다른 전압 특성을 가집니다. 기본 전지는 사용으로 인해 전압이 점차 떨어지며, 1.5볼트에서 시작하여 1.2볼트로 떨어지고 계속해서 1.0볼트로 감소합니다.
리튬이온 배터리와 리튬 폴리머 배터리의 차이점은 무엇인가요?
리튬 폴리머 배터리는 액체 전해질 대신 고전도성 젤 폴리머를 전해질로 사용하는 리튬이온 배터리의 한 유형입니다. 리튬 폴리머 셀은 리튬이온 및 리튬 금속 배터리에서 진화했습니다.
