처음 읽는 2차전지 이야기 [리뷰]

처음 읽는 2차전지 이야기 [리뷰]

 

<소개>

전지란.

 

<줄거리>

[전지란]

전지는 이름 글자로 해석하면 '전기가 저장된 연못'이다. 이는 축전기의 의미에 가까우며 우리가 아는 전지는 발전기에 가깝다. 전지는 화학전지, 물리전지로 나뉘며, 화학전지에서 1차, 2차로 나뉜다. 1차전지는 방전만 할 수 있는 반면 2차전지는 충전이 가능해서 반복해서 쓸 수 있다. 알칼리건전지는 알칼리성(염기성) 용액을 전해질로 사용하기 때문에 '알칼리'망간건전지라 불린다.

 

[볼타전지 원리]

볼타전지는 아연판과 구리판을 묽은황산이라는 전해질에 넣고 도선으로 연결하여 만든다. 용액에 녹는 성질이 강한 아연이 전해질에 녹아 나온다. 그러면 남은 전자가 구리판으로 이동하게 되어 전기가 흐르게 되는 것이다. 그리고 이동한 전자는 묽은황산의 수소이온과 결함하여 수소가 된다. 수소가 되는 과정에서 에너지 효율이 좋지 않아 황산아연과 황산구리를 용액으로 사용하는 다니엘전지를 사용한다.

 

[1차전지와 2차전지의 차이]

1차전지는 충전 시 산소와 수소가 발생한다. 산소와 수소는 섞이면 폭발이 일어날 수 있기에 파손되거나 파열될 수 있는 위험이 있다. 2차전지는 음극, 양극의 전해질이 다르고 사이에 격리판이  있어 이러한 문제가 발생하지 않는다. 2차전지는 양극, 음극 활물질에 따라 이름이 정해지고 각각의 장단점이 있어 사용처가 다르다.

 

[충전의 원리]

충전할 때 외부전원을 통해 전자의 이동 방향을 바꾼다. 그러면 방전할 때의 역반응이 일어난다. 납축전지의 경우라면 음극에선 황산납이 납으로, 양극에선 황산납이 이산화납으로 돌아가는 것이다. 스마트폰에서 2차전지 충전을 할 땐 충전과 방전을 반복하는 트리클 충전 방식을 사용한다. 자동차는 엔진이 돌아 발전을 한다. 그 일부를 충전에 사용하는 부동 충전 방식을 사용한다.

 

[리튬이온전지 특징]

2차 전지에는 충전, 방전 문제가 있다. 첫 번째로 충,방전 하지 않았던 부분이 효율이 떨어지는 메모리 효과라는 문제가 있다. 두 번째로 충전 시 금속이 계속 자라나 전지를 파괴시키는 덴드라이트라는 현상이 있다. 세 번째로는 금속의 입자가 잘게 부서져 용량 저하가 일어나기도 한다. 마지막은 과방전과 과충전으로 용량 저하, 전지의 팽창 파열이 일어날 수 있다는 점이다.

 

[리튬을 사용하는 이유]

리튬이 전극 재료로 적합한 이유는 이온화경향이 크기 때문이다. 과거에 리튬이온전지가 발화하거나 폭발하는 등의 사고가 자주 일어났던 원인 중 하나는 전해액이 에탄올, 벤젠과 같은 가연성이기 때문이다. 현재는 많이 해결되었지만, 완벽하게 안전성이 인정되진 않았다.

 

[차세대 전지]

유망 차세대 2차전지로 1.전고체전지, 2.리튬-황전지, 3.금속-공기전지, 4.나트륨이온전지, 5.다가이온전지가 있다. 전지에 들어가는 금속, 전해질의 종류를 바꾸거나 전지의 구조를 변경하는 방법을 이용하여 차세대 전지를 개발하려는 연구가 이루어지고 있다.

 

<후기>

처음엔 2차전지의 종류나 전망을 파악하기 위해서 읽었는데, 하나같이 다 비슷비슷해서 내용을 정리한다고 해도 기억하기 어려울 것 같아 세세하게 정리하진 않았다. 그래도 전지의 작동원리나 특징, 배터리가 왜 수명이 다하고 과충전, 과방전을 하면 안 되는지 등을 알 수 있었다.

 

드론이나 전기차 등 전지를 사용하는 기술에 한계가 나타나고 있다. 이 한계를 타파할 수 있는 방법은 전지를 발전시키는 것이다. 현재 사용 중인 여러 전지의 형태는 다르지만 기본적인 구조는 비슷하게 만들어진 것을 보았을 때, 전지가 처음 발명되고 난 이후부터 큰 발전이 없었다고 볼 수 있다. 차세대 전지도 현재 사용되는 리튬을 사용하는 방법으로 고안하는 경우가 많았다. 리튬보다 더 싸고 이온화경향이 큰 물질을 발견하지 않는 이상 차세대 전지도 리튬에서 벗어나지 못할 것으로 보인다.

 

차세대 전지에서도 사용될 리튬을 현재 가장 많이 공급하는 나라와 기업은 어디인지 궁금해 찾아봤다. 리튬이 산출되는 국가는 미국, 칠레, 호주 등이었고 생산 업체가 많은 곳은 중국이었다. 우리나라도 현재 2차전지에 힘을 쏟고 있다. 지금 반도체 시장처럼 많은 시장을 점유할 수 있을지, 아니면 과거에 반도체시장을 점유하던 일본을 제치고 성장한 우리나라처럼 중국이 전지 쪽을 주도하게 될지 궁금하다.

 

<추천>

과학적인 전지의 기본적인 원리나 종류들을 알고 싶다면 읽어보길. 그러나 경제적인 시장성을 공부하기 위해서라면 딱히.