알고 보면 재미있는 배터리 이야기

  사람이 말하고, 행동하고, 생각하게 해주는 가장 기본적인 요소는 바로 '에너지'이다. 심장을 뛰게 하고 각종 신체를 제 역활을 할 수 있도록 도와주는 것이 에너지라고 생각할때... 사람들은 에너지를 위해서 각종 '음식물'들을 먹고 마신다. 그렇다면 사람을 제외한 기계들은 어떨까?

  일반 자동차는 사람의 '심장'과 같은 엔진이 있고... 엔진을 구동하기 위한 에너지인 '석유'가 있다. 자동차뿐만 아니라 비행기, 기차, 배까지 엔진을 이용하는 기계들은 대부분이 '석유'라고 불리는 에너지원을 사용했다. 물론, 당시에도 작은 크기의 제품들은 전기나 건전지등을 사용했다. 이런 부분은 당연하게 받아들여지는 '고정관념'처럼 누구에게나 당연한 일이였다.


  하지만, 최근에는 이런 '고정관념'적인 사고방식이 변화를 맞이하고 있다. 전기를 이용하는 기계 시설들이 점점 많아지고, 그 크기도 커지면서 대형 장비들도 '전기'라는 에너지원을 사용하게 되는 것이다. 그 대표적인 예가 바로 앞에서 이야기했던 '자동차'이다. 전기자동차라고 불리는 자동차들이 하나둘씩 모습을 드러내기 시작했고 이제는 '전기자동차'라는 단어가 전혀 새롭지 않은 단어가 되었다.

  이렇게 '전기'를 사용하는 기계들이 등장하면서 같이 성장하는 분야가 바로 '전기를 생산하는 발전소'와 '전기를 담아두는 그릇을 만드는 건전지(전지, 배터리)관련 분야'이다. 발전소라고 하면 화력,수력,풍력등 우리가 초등학교시절부터 들어온 발전소도 있고... 미래지향적인 태양력이나 지력등과 같은 발전소도 있다. 그리고 건전지에 대한 부분도 IT분야에서 사용하는 UPS와 같은 대형배터리부터 자동차에서 사용하는 배터리, 그리고 모바일/휴대장비에 사용되는 휴대용 배터리까지 다양하게 존재한다.

  이번 포스트에서는 '배터리'에 대한 이야기를 해보려고 한다. 어떤 원리로 배터리에서 전기가 공급되어지는지 그리고 요즘 어떤 배터리가 사람들에게 많이 사랑받고 있는지등을 살펴보자!

  배터리는 내부에 들어있는 화학물질의 화학에너지를 전기화학적 산화-환원반응에 의해서 전기에너지로 변환하는 장치이다. 그런데 배터리를 크게 두가지로 생각할 수 있다. 한번 사용하고 버리는 '일회성(알칼리) 배터리'와 사용후 '충전'이라는 과정을 통해서 복수번 사용할 수 있는 '충전식 배터리'이다.

  일회성이냐 충전식이냐의 차이는 존재해도 배터리에서 전기가 출력되는 원리인 '산화-환원반응'은 동일하게 이용한다. 

일반(알칼리) 배터리는 아연이 아연 이온으로 산화되고 나면 그것이 다시 금속아연으로 환원되는 반응은 일어나지 않으며, 마찬가지로 망간 이온이 망간으로 환원되는 반응의 역반응도 일어나지 않는다. 반면 충전 배터리에서는 다 쓴 배터리에 역방향의 전류를 걸어 주면 전류를 만들어낼 때 일어났던 산화-환원 반응의 역반응이 일어나 배터리의 내용물을 원래대로 돌려놓는다. 그러니 자연스럽게 충전식은 산화-환원반응이 다시 이루어질 수 있는 것이다.

  배터리의 종류라는 말을 듣고 가장 먼저 떠오르는 것은 1.5V, 5V, 9V와 같은 배터리의 종류가 아닐까. 하지만 이번 포스트에서 말하는 배터리의 종류는 충전용과 일반용으로 구분되며 이것도 아래와 같이 구분할 수 있다.

     충전용 배터리
          니켈-카드늄(Ni-Ch) = 니카드 = 니켈카드뮴
          니켈-수소(Ni-Mh) = 니켈메탈하이드라이드
          리튬-이온(Li)

     일반용 배터리
          알카라인
          망간
          리튬(Li)

  이렇게 많은 배터리의 종류가 있지만 보통 우리는 '배터리는 다 똑같은 배터리아냐?'라고 생각한다. 분명히 가격적인 차이와 함께 용량등의 차이가 발생함에도 불과하고...

  위에서 배터리의 종류를 살펴보았다면 곧바로 궁금증이 하나 생길것이다.

저렇게 많은 배터리중에 어떤게 좋은 것일까?

  사실, 정답은 정말 쉽다. 어떤것이냐를 외우기 보다는 '고급' 즉, 비싼 배터리가 좋은 것이다. 특별한 케이스를 제외하고 가격이 비싸고 고급이라고 부르는 것들은 '1%라도 높은 성능'을 갖고 있다. 배터리뿐만 아니라 대부분의 모든 것들이 그렇다. 그런데 우리가 생각하는 좋은 것이 '높은 성능'이 아니라 '가격대비 성능'이라고 생각하면 위 질문에 대한 정답은 변경될 수 있다.

  '가격대비 성능'을 고려할때 필자가 생각하는 최고는 '리튬이 들어간 전지'라고 생각한다. '리튬전지' 또는 '리튬-이온 전지'가 좋은 이유는 바로 작은 크기로 가벼우며 수명이 길어서 오래 사용한다는 것이다. 그렇다면 왜 리튬전지를 사용하지 않고 지금까지 '니켈전지'를 사용했을까? 이유는 바로 안정성때문이다. 리튬전지를 소형제품에서는 사용했지만 자동차와 같은 소형제품의 몇백배에 달하는 크기의 제품에 사용하는 것은 안정성이 떨어진다고 생각했기 때문이였다. 하지만 소형제품의 리튬전지 사용이 반복되면서 니켈전지의 위치를 위협하면서 전기자동차에까지 사용하는 배터리로 인정받기 시작했다.

  리튬이온 전지가 니켈수소 전지에 비해서 '가볍고 오래사용한다'라는 짧은 설명으로 표현하기에는 부족한거 같아서 몇가지 특장점을 찾아보니 아래와 같은 장점을 갖고 있었다.

  배터리가 다양한 전자제품에 사용되면서 '배터리가 떨어져서~'라는 말을 자주 듣게 된다. 휴대폰도 그렇고... 디지털카메라도 그렇다. 배터리는 특이한 법칙이 하나 있으니 바로... 사용하고 싶을때 즉, 필요할때면 배터리가 떨어진다는 것이다.

  이럴때 아주 잠깐이지만 '배터리 수명'을 살려주는 방법이 있다. 바로 '배터리 사랑해주기'가 바로 그것이다. 배터리를 옷에 수십번 문질러 주면 배터리가 잠깐동안 사용가능해진다. 그때를 이용해서 중요한 장면을 촬영하거나 데이터를 저장하는 등의 행동을 할 수 있다.

 문제는 그 수명이 그렇게 길지 않다는 사실. 정말 중요한 순간만 빨리 처리해야지... 다시 배터리가 살아났다고 좋아하고만 있으면 좋아하다가 아무것도 하지 못하고 100% 방전되어 버릴수도 있다는 사실!

이 글은 삼성SDI의 필진으로 참여하며 작성한 포스트입니다.