자동차 배터리의 작동 원리
자동차 배터리, 즉 자동차에 사용되는 충전식 배터리는 모터 차량을 시작하는 데 사용됩니다. SLI 배터리라고도 불리며, SLI는 시작(Starting), 조명(Lighting), 점화(Ignition)을 의미합니다. 주된 목적은 전기 구동 시작 모터에 전기 전류를 제공하여 실제로 차량을 추진하는 화학적 구동 내연 기관을 시작하는 것입니다. 엔진이 작동하면 차량의 전기 시스템에 대한 전력은 여전히 배터리에 의해 공급되며, 알터네이터는 수요가 증가하거나 감소함에 따라 배터리를 충전합니다.
자동차 배터리의 특징
자동차 배터리는 최대 전류를 짧은 시간 내에 전달하도록 설계되었으며, 전압을 일정하게 유지합니다. 따라서 매우 낮은 내부 저항을 가지고 있습니다. 이 배터리는 얕은 사이클 조건에서는 좋은 수명을 가지지만, 깊은 사이클링에서는 수명이 매우 짧습니다(약 12-15 사이클). 강한 온도 변화에 따른 전류 방전이 있을 수 있으며, 이 때문에 무게, 디자인, 모양이 특징적입니다. 이러한 종류의 배터리는 주로 자동차 시작 및 디젤 및 가솔린 차량의 모든 종류에 자주 사용됩니다.
자동차 배터리의 구성
대부분의 자동차 배터리는 주택, 두 개의 납판 또는 판 그룹(양극과 음극으로 사용되는) 및 전해질로 37% 황산(H2SO4)이 포함된 납-산 배터리입니다. 배터리에는 밀폐되지 않은 용기에 액체 전해질이 들어 있어 수직으로 유지되어야 하며, 과충전 시 생성되는 수소 가스가 안전하게 분산되도록 잘 환기된 공간이 필요합니다. 납산 배터리는 일반적으로 쿨롱 효율이 85%이고 에너지 효율이 약 70%입니다. 배터리 판의 활성 물질인 납과 이산화 납은 전해질의 황산과 반응하여 납 황산염을 형성합니다. 납 황산염은 세분화된 비정형 상태로 처음 형성되며, 배터리가 재충전될 때 납, 이산화 납, 황산으로 쉽게 되돌아갑니다.
자동차 배터리의 화학
자동차 배터리의 작동 원리는 충전 및 방전 중에 일어나는 화학 과정으로 설명할 수 있습니다. 방전 중에는 음극에서 Pb + SO42- → PbSO4 + 2e–의 과정이 일어납니다. 납은 전해질과 산화되어 납 황산염을 방출하고 두 개의 전자를 방출합니다. 양극에서는 PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e– → PbSO4 + 2H2O의 반응으로 납 황산염이 형성됩니다. 이 반응에서는 납산화물의 환원이 일어납니다. 형성된 납 황산염은 전극뿐만 아니라 주택의 바닥에도 어느 정도 코팅으로 쌓입니다. 황산이 방전 과정에서 사용되므로, 전해질의 밀도를 측정함으로써 SoC(상태 용량)를 결정할 수 있습니다. 충전 중에는 방전 중에 형성된 납 황산염이 납 및 환원된 이산화 납으로 산화되는 반대 과정이 일어납니다. 납 황산염이 완전히 소비되고 충전 과정이 중단되지 않으면 전해질의 전기분해가 시작됩니다. 과충전은 높은 충전 전압으로 수소와 산소 가스를 생성하며, 이는 버블로 분출되어 손실됩니다. 밀폐된 배터리에는 산소수소 가스가 물로 재결합할 수 있는 Pd, Pt와 같은 촉매가 통기구 위에 있습니다. 결과적으로 생성되는 셀 전압은 갈바닉 시리즈에서 결정할 수 있습니다. 총 레독스 반응의 전압은 다음과 같습니다: E0 = 1.68V – ( – 0.36V) = 2.04V. 자동차 배터리의 일반적인 전압은 12볼트(DC)이며, 이 배터리는 여섯 개의 2V 납 셀로 구성됩니다.
