이차 전지에 대한 개요
이차 전지, 또는 충전식 배터리는 방전 전류와 반대 방향으로 전기를 통해 충전할 수 있는 배터리입니다. 일차 전지는 에너지 저장 용량이 더 우수하지만, 이차 전지는 일차 전지에 비해 더 나은 출력 능력을 가지고 있으며 고출력 응용 분야에 사용됩니다. 충전식 배터리는 종종 더 비싸지만 고방전 응용 분야에서는 재사용할 수 있어 더 큰 가치를 제공합니다. 저방전 응용 분야에서는 사용 수명이 더 중요하며, 충전식 배터리의 자체 방전 특성은 일차 에너지원으로 사용하기에 덜 적합합니다.
이차 전지의 유형
리튬이온 배터리: 리튬 이온이 양극에서 음극을 통해 이동하는 이차(충전식) 배터리로, 일반적으로 높은 에너지 밀도, 기억 효과 없음, 낮은 자체 방전을 가지고 있습니다.
니켈-메탈 하이드라이드 배터리 (NiMH): 양극이 니켈 수산화물, 음극이 수소 흡수 합금으로 구성되어 있으며, NiCd 배터리에 비해 약 40% 더 높은 비에너지를 제공합니다.
니켈-카드뮴 배터리 (Ni-Cd): 낮은 내부 임피던스를 가지고 있으며 높은 전력 능력을 가지지만, 에너지 저장 용량은 다른 배터리 시스템에 비해 낮습니다.
납축 배터리: 액체 전해질을 사용하며, 배터리가 기울어지거나 과충전될 때 발생하는 수소 가스를 안전하게 배출하기 위해 잘 환기된 곳에서 사용해야 합니다.
전기 배터리의 작동 원리
전기 배터리는 기본적으로 직류 전기 에너지원입니다. 배터리는 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전기화학적 과정을 통해 전기 회로에 전류를 흐르게 합니다. 일반적인 배터리는 하나 이상의 전지로 구성되어 있으며, 전기화학 전지의 기본 원리는 전해질에 의해 분리된 두 전극에서 자발적인 산화 환원 반응입니다. 모든 배터리는 산화 환원 반응의 동일한 원리를 사용합니다.
이차 전지의 충전 및 방전 과정
간단히 말해, 각 배터리는 양극과 음극을 분리하여 반응을 방지하도록 설계되어 있습니다. 전자는 회로가 닫힐 때만 흐릅니다. 리튬 이온 배터리의 경우, 충전시 리튬 이온은 리튬 함유 음극에서 빠져나와 전해질을 통해 투과하여 양극에 삽입됩니다. 방전시에는 전자가 음극에서 양극으로 외부 회로를 통해 흐릅니다.
이차 전지의 장단점
장점:
재충전이 가능하며 환경 친화적입니다.
고출력 응용 분야에 적합한 높은 C-레이트를 가집니다.
단점:
높은 초기 비용이 듭니다.
저방전 응용 분야에서는 자체 방전 특성으로 인해 덜 적합합니다.
기타 전지 유형
다양한 전지 유형이 있으며, 이들은 크기, 형식, 화학적 구성, 응용 분야, 전압 등에 따라 분류됩니다. 주요 유형으로는 AA, AAA, C, D 등 다양한 크기의 배터리가 있으며, 알칼라인, 리튬 금속, 아연-탄소 등 다양한 화학적 구성의 배터리가 있습니다.
