젤 배터리: 현대적인 VRLA 배터리
젤 배터리는 겔화된 전해질을 갖는 VRLA(밸브 조절 납축전지) 배터리의 한 형태입니다. 이러한 배터리는 기존 습식 배터리에서 흔히 발생하는 전해액 증발 및 유출(그리고 그로 인한 부식 문제)을 줄여줍니다. 또한 충격과 진동에 대한 저항력이 뛰어납니다. 화학적으로는 습식(비밀봉) 배터리와 거의 동일하지만, 납 판에서 안티몬이 칼슘으로 대체되고, 가스 재결합이 가능합니다. 황산은 연기실리카와 혼합되어 겔처럼 되며, 이로 인해 질량이 고정됩니다. 범람된 습식 셀 납-산 배터리와 달리, 이 배터리들은 반드시 수직으로 유지될 필요가 없습니다. 납-산 배터리와 마찬가지로, AGM 배터리의 수명을 극대화하기 위해서는 제조사의 충전 사양을 따르는 것이 중요하며, 전압 조절 충전기의 사용이 권장됩니다.
납-산 배터리의 다른 유형들
납-산 배터리에는 주로 두 가지 주요 그룹이 있습니다. VLA(배출된 납-산 배터리)는 전해질이 범람하거나 환기되는 납-산 배터리로, 전극이 과도한 액체 전해질에 잠겨 있습니다. VLA 배터리에는 세 가지 그룹이 있습니다.
견인 또는 딥 사이클 배터리
이 유형의 배터리는 장시간 동안 지속적이고 작은 방전을 생성하도록 설계되었습니다. 사이클링으로 인한 열화에 훨씬 덜 취약하며, 배터리가 정기적으로 방전되는 응용 분야(예: 태양광 시스템, 전기차량)에 필요합니다.
SLI 배터리
SLI는 시동, 조명, 점화를 의미합니다. SLI 배터리는 짧은 시간 동안 최대 전류를 공급하도록 설계되었으며, 전압을 일정하게 유지합니다. 따라서 이 배터리는 매우 낮은 내부 저항을 가집니다. 이 배터리들은 얕은 사이클 조건에서는 좋은 수명을 가지지만, 딥 사이클링에서는 매우 낮은 수명을 보여줍니다(약 12-15 사이클).
VRLA 배터리
VRLA(밸브 조절 납-산 배터리)는 전해질이 흡수성 분리기 또는 겔에 고정되어 밀봉되거나 밸브로 조절됩니다. VRLA 배터리에는 두 가지 주요 유형이 있습니다.
흡수 유리 매트 (AGM): AGM 납-산 배터리는 전해질에 작은 가스 통로가 있는 밸브 조절 납-산 배터리의 한 종류입니다. 흡수 유리 매트 배터리는 증가된 전력 및 에너지 밀도와 일반 범람 및 무보수 유형 납-산 배터리보다 긴 사이클 수명으로 인해 다양한 응용 분야에 널리 사용됩니다.
겔 셀 (젤 배터리): 현대적인 젤 배터리는 겔화된 전해질을 갖는 VRLA 배터리입니다.
납-산 배터리의 화학 – 작동 원리
납-산 배터리의 작동 원리는 충전 및 방전 중 일어나는 화학 과정으로 설명될 수 있습니다. 방전 시, 음극에서는 Pb + SO42- → PbSO4 + 2e–의 과정이 일어납니다. 납은 전해질과 함께 산화되어 납 황산염을 형성하고, 두 개의 전자를 방출합니다. 양극에서는 PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e– → PbSO4 + 2H2O의 반응으로 납산염이 형성되며, 이 과정에서 납산의 환원이 일어납니다. 형성된 납 황산염은 전극과 주택 바닥에도 어느 정도 코팅으로 침착됩니다. 방전 과정에서 황산이 사용되므로, SoC는 전해질의 밀도를 측정함으로써 결정될 수 있습니다. 충전 시에는 반대 방향의 과정이 일어나므로, 방전 중 형성된 납 황산염이 납 및 환원된 납산으로 산화됩니다. 납 황산염이 완전히 소모되고 충전 과정이 멈추지 않으면, 전해질의 전기분해가 시작됩니다. 과충전 시 높은 충전 전압으로 인해 물의 전기분해로 산소와 수소 가스가 생성되어 기포를 형성하고 손실됩니다. 밀봉된 배터리는 벤트 위에 촉매(Pd, Pt)를 가지고 있어서 수소 가스가 물로 재결합할 수 있습니다. 결과적으로 생성되는 셀 전압은 갈바닉 시리즈에서 결정될 수 있습니다. 총 전압은 다음과 같습니다: E0 = 1.68V – ( – 0.36V) = 2.04V.
