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표진수

realwater@etomato.com

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보이지 않는 배터리 속은?

2023-05-03 18:09

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1차전지와 2차전지는 모두 음극, 양극, 분리막, 전해질이라는 4대 구성요소로 이루어졌습니다. 배터리의 내부를 열어봐도 4대 구성요소를 쉽게 눈으로 확인할 수 있는데요. 
 
다만 전해질은 배터리 안에 물처럼 채워져 있는 경우도 있지만 소재에 흡수되어 눈으로 확인하기 어려운 경우도 있습니다. 특히 2차전지는 소재를 손으로 만졌을 때 미끈거리는 정도로 전해질의 존재를 확인하는 경우도 있습니다. 
 
배터리의 특성을 이야기할 때 가장 먼저 떠올리는 것이 용량과 출력인데요. 양극에서 이 부분을 담당합니다. 배터리의 전압은 양극의 전위차에 의해 결정되므로 양극 구조에 따른 전위값이 전압에 큰 영향을 줍니다.
 
배터리 업계에서는 양극의 성능 향상을 위해 양극 활물질을 개선하는 데 주력하고 있는데요. 활물질이란 에너지가 들어 있는 물질을 말합니다. 음극의 역할은 양극에서 내보낸 전자와 리튬이온을 받아 보관했다가 방전 시 전자와 리튬이온을 방출하는 것입니다. 
 
전자는 외부 회로를 통해 전류를 흐르게 하고, 리튬이온은 전해질을 통해 양극으로 이동하는데요. 음극에 있는 전자는 방전 시에 전류를 흐르게 하는 원천이 되므로 전자의 공급원이라고도 합니다.
 
출처 = 삼성SDI
 
리튬이온배터리는 음극은 구리(기재)로 돼 있지만 활물질은 흑연을 사용하고 있습니다. 구리는 양극의 알루미늄처럼 전류(전자)를 수집하는 역할을 합니다. 흑연은 전자와 이온을 받았다가 내보내는 과정에서 물리적인 팽창과 수축을 반복하기 때문에 배터리의 수명에도 영향을 미칩니다.
 
분리막은 양극과 음극의 물리적 접촉을 막는 역할을 합니다. 높은 절연성과 열 안전성이 요구되며 일정 이상의 온도에서는 자동으로 이온의 이동을 막는 기능을 갖춰야 합니다.
 
전해질은 이온이 이동하도록 돕는 매개체입니다. 이온전도도가 높은 물질이어야 하고 안전을 위해 전기화학적 안전성과 발화점이 높아야 합니다. 또한 이온은 통과시키고 전자는 출입을 막아 외부 도선으로 이동하도록 해야 합니다. 
 
배터리가 처음 나왔을 때 사람들은 원통형 배터리 안에 전기가 담겨 있어서 기기에 연결하면 쌓여 있던 전기가 선을 타고 흘러나온다고 생각했습니다. 배터리 안에 화학물질이 들어있다는 것을 알았다면 호기심에 배터리를 못으로 찔러 보는 일도 없었을 것입니다. 
 
 
표진수 기자 realwater@etomato.com
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