스크랩 밧데리의 종류

[구송]

1. 전지의 역사와 종류별 특성
전지의 역사는 상당히 길다. 역사상으로 1800년 개발된 볼타전지가 최초의 전지인 것으로 알려지고 있다. 그러나 2천여 년 전의 한 유적지에서 항아리에 톱밥 및 황상 등을 층층이 넣어 만든 항아리 전지가 발견되고 있다. 인류가 전지를 사용하기 시작한 것은 최소한 2천년전의 일인 것이다.
 요즈음 사용하고 있는 전지 가운데 가장 오래된 전지는 양극 활 물질로 이산화망간(MnO2)를 사용하고 음극재료에는 아연(Zn)을 쓰고 전해액으로 NH4C1과 ZnCl2를 혼합한 중성염 수용액을 사용한 망간 전지이다.
 지난 47년 양극 활 물질과 음극 활 물질은 망간전지의 것을 그대로 사용하면서 전해액을 약산성에서 강알카리성(KOH)으로 바꿔 이온전도율을 증가시킨 전지가 개발됐는데 이것이 요즈음 사용하고 있는 알칼리 건전지이다. 이는 공칭 전압이 1.5V로 망간전지와 호환이 가능하면서 에너지 밀도는 망간전지보다 리터랑 120Wh가 높은 320Wh/1로 사용시간이 망간전지보다 3배나 길며 방전특성도 우수해 망간전지를 급속히 대체해 나가고 있다.

 카메라용으로 주로 사용되고 있는 리튬 1차 전지는 지난 60년 미국항공우주국(NASA)을 중심으로 우주개발용 전원으로 연구가 시작된 제품으로 음극 활 물질로 리튬(Li)을 공통으로 사용하나 양극화 물질로는 플루오르화흑연이나 이산화망간 등 다양한 물질을 사용하고 있고 전해질도 유기 전해질 및 고체 전해질을 두루 사용, 상당히 많은 종류의 제품이 상품화되고 있다.

 재충전이 가능한 2차 전지 가운데 현재 가장 널리 사용되고 있는 전지는 니켈카드늄(Nicd)전지. 1901년 에디슨이 발명한 니켈 철 축전지를 개선한 융그너의 니켈카드늄 전지가 효시로 48년형 밀폐형 니켈카드뮴 축전지로 개선되어 현재까지 사용되고 있다. 그러나 니켈카드늄 전지는 5백회 이상의 재충전이 가능하고 신뢰성이 좋은 반면 완전히 방전시키지 않고 충전을 하면 용량이 줄어드는 메모리 효과가 치명적인 단점이 되고 있으며 음극재료로 사용한 카드늄이 인체에 유해한 공해물질이라 환경문제로 점차 니켈수소(Ni-MH)전지 및 리튬이온(Li-ion) 전지 등 최근 상품화된 차세대 전지로 대되기 시작했다.

 니켈수소 전지는 니켈카드늄 전지보다 용량이 2배이상 높고 급속 충전이 가능하며 메모리 효과를 크게 줄인 제품이고,리튬이온전지는 공칭 전압 3.6V로 높고 에너지 밀도가 니켈카드늄 전지에 비해 체적 당 2배, 중량 당 1.5배 높다.
이들 제품은 같은 에너지를 축적할 경우 체면 면에서 3분의 2, 무게는 2분의 1정도로 줄일 수 있는 등 소형, 경량화에 유리해 향후 2차전지 시장에서 주종으로 발전할 가능성이 높은 것으로 보인다.

가. 니켈카드늄 전지(Nikel-Cadmium Battery)
 니켈카드늄 전지는 수산화 니켈을 양극 활성 활 물질로 사용하고 음극 활성 활 물질에는 카드늄을 사용한 전지로 공칭 전압 1.2V이며 에너지 밀도는 표준형이 100Wh/1, 고용량 제품이 160Wh/1이다. 5백회 까지 재충전 사용할 수 있고 기존 1차 전지와 호환 가능하며 신뢰성이 우수한 것이 특징이다.
 그러나 니켈카드늄 전지는 아직 에너지 밀도가 낮고 대 전류 방전에서 전압저하 및 자기방전이 크며 완전히 방전하지 않고 재충전하면 용량이 줄어드는 메모리 효과로 인하여 최근에는 니켈수소 및 리튬이온 전지등 차세대 2차 전지로 급속히 대체되고 있고, 특히 휴대폰 및 노트북등 용량 및 무게에 민감한 첨단기기 시장에서는 거의 찾아 볼 수 없을 정도이다. 하지만 높은가격 경쟁력 때문에 현재까지도 이 전지가 전체 소형2차 전지 시장의70% 이상을 점유하고 있으며, 오는 2005년까지도 50%가량 차지할 것으로 보인다.

나. 니켈수소 전지(Nikel-Metal Hydride Battery)
 89년 개발된 니켈수소전지는 니켈카드늄 전지와 같은 구조를 가지고 있으며 양극활성활물질 및 전해질도 니켈카드늄 전지와 같은 수산화니켈과 알칼리수용액을 사용하고 있다. 단지 음극활물질로 수소흡장합금을 사용하고 있는 것이 다를 뿐이다. 메모리 효과가 거의 없어 휴대폰 및 노트북 PC, 캠코더 등에의 채용이 급격히 늘고 있다. 그러나 음극재료로 사용되는 수소흡장금이 카드늄보다 고가여서 아직 전지용량 대비 가격경쟁력이 니켈카드늄전지에 미치지 못하고 있으며, 전동공구 등 큰 파워를 필요로 하는 분야나 비상등 고온용도에 적용을 위해서는 음극의 기본적인 방전특성을 개량해야하는 숙제가 남아있다.

다. 리튬이온 전지
 리튬이온 전지는 공칭전압이 3.6V로 높고 에너지 밀도가 니켈카드늄전지에 비해 체적당 2배, 중량당 약 1.5배가 높아 같은 에너지를 축적할 경우 체적면에서는 2/3, 무게는 1/2 정도로 줄일 수 있는 것이 특징이다.
 리튬이온 전지를 사용하면 휴대폰 및 노트북 PC의 무게를 30% 이상 줄일 수 있어 최근 관련업체에서 이 전지를 사용하는데 경쟁적으로 나서고 있어 가장 유망한 소형 2차 전지로 각광받고 있다.
 리튬이온 전지는 주로 리튬합금이나 리튬흡장금속을 극판재료로 사용하고 있는데 아직도 양, 음극 재료 및 전해질의 종류에 따라 다양한 제품이 개발되고 있다.
 현재는 양극재료로는 코발트산리튬을 사용하고 음극재료로는 카본을 사용한 제품과 양극에 이산화망간을, 음극에 금속리튬을 사용한 제품이 주로 시판되고 있는 코발트산리튬, 탄소계 2차 전지는 휴대용, 기기용 전지로 사용하기 위한 연구가 활발하며 높은 에너지 밀도, 급속충전과 긴 수명 등으로 실용성이 우수한 것으로 평가되고 있으나 사용조건에 구애받지 않는 완벽한 안전성 확보는 아직도 미흡한 실정이다.

라. 리튬이온 폴리머 전지
 리튬이온 폴리머 전지는 이온전도가 우수한 고체 절해질을 사용, 액체 전해질을 사용하는 전지의 단전임 누액 가능성과 폭발 위험성을 제거한 것이 장점이다. 아직 양산기술이 안정되지 못하여 세계적으로 상품화가 되지 못하고 있으나 에너지 밀도가 kg당 150Wh로 리튬이온전지보다 2배나 높다.
 또한 고체 전해질을 사용하고 있어 다양한 형태의 전지설계가 가능하고 활물질의 가격이 저렴하며 제조공정이 간단하고 빠르다.

마. 알카라인 2차 전지
 지난 60년대 유니온 카바이드사가 개발한 알카라인 2차 전지는 재충전 횟수가 25~30회 정도로 제한되고 있어 2차 전지로는 큰 효용가치가 없다는 평가를 받아 상품화가 미진했으나 지난 89년에 오스트리아의 그라트 기술대학과 캐나다의 BTI사에 의해 상품화가 된 것으로 알려지고 있다.
 이 제품은 1차 전지인 말카라인 전지와 2차 전지인 니켈카드늄전지의 장점만을 가진 제품으로 알카라인의 강력한 힘을 유지하면서 니카드 전지의 단점인 메모리 효과가 없어 언제든지 재충전이 가능한 것이 장점이다. 또한 셀 당 가격이 750원대에 불과, 기존 알카라인 1차 전지와는 비교할 수 없는 탁월한 경제성을 갖추고 있어 급속한 속도로 알카라인 1차 전지를 대체해 나가고 있다.
 현재 우리주위에 사용되는 2차 전지의 대부분이 일본, 독일 등의 외국 제품이 주종을 이루고 있으나, 점차 국내 전지업계에서도 니켈카드늄 전지를 비롯한 차세대 전지의 생산을 시작했거나 준비중인 것으로 알려지고 있다.
 외국의 경우 무선모형 분야에도 니카드전지 외에 니켈수소 전지의 사용이 점차 증가하고 있는 추세로 충전기 등 관련기기의 생산이 늘어나고 있으며, 국내산 충전기에도 니켈수소 전지의 충전이 가능한 충전기가 소개되고 있다. 어쩌면 국내 무선모형 분야의 전원으로 새로운 전지의 도입 요구에 부응한 시발점이 아닌가 생각된다.

7. 리튬바테리와 리튬이온 바테리
리듐이라고 쓰여 있는 전지는 1차 전지입니다. 이 배터리는 절대로 충전이 되지 않고 충전시 폭발되어 큰 사고나니 배터리의 스팩을 꼭 확인하실 필요가 있습니다.
지금부터 이야기하는것 은 리듐 이온(Li-ion)배터리에 관한 내용입니다.
배터리의 종류에 따라 셀당 3.6V용과 3.7V 용 2가지가 있습니다.
선택을 잘 하셔야 합니다.(저희가 가장 많이 쓰는 니카드 수소는 셀당 1.2V임)
즉 리듐이온 2개를 직렬로 하면 7.2V 혹은 7.4V 됩니다.
리튬이온 전지는 리튬산화 물질로 +극을 만들고, 탄소로 -극을 만든다고 합니다. 배터리를 사용하기 시작하면 +극의 리튬이온이 중간의 물질을 지나서 -극의 탄소격자 속으로 들어간다고 합니다. 이때, 극판에 손실이 거의 없기 때문에 장 수명 특성을 가진다고 합니다.
리튬이온배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 임의대로, 주변환경에 따라 수시로 충전하여 사용하여도 거의 수명에 영향을 미치지 않습니다. 오히려 조금 쓰고 충전하고 조금 쓰고 또 충전하고 하면 Ni- 계 전지와는 정반대로 수명이 길어지는 효과(표현이 정확하지 못할지도 몰라요)가 있습니다.

 리튬이온배터리는 특성상 충전 시작 때 정전류 방식을 사용합니다. 따라서, 충전전류를 일정하게 계속 가해주면서 단자전압을 계속 검사합니다. 단자전압이 4.2볼트까지 상승하면 이때부터 정전압 회로를 구동하여 4.2볼트로 유지합니다. 그렇게 되면 충전전류가 점점 감소하여 0이 되는 것입니다.
특히 과충전의 경우 리튬이온 전지 특성상 급격히 수명이 짧아집니다.(4.2볼트는 1셀일 때고, 2셀 즉 ,1셀 2개 직렬연결인 경우 2배가 됨) 앞으로 저희 r/c쪽에도 리듐이온 배터리를 쓸 것 같은데 아직은 극소수의 인원만 사용하난 것으로 알고 있습니다.
아직은 니카드 만큼의 출력을 뽑지 못하니까요 단 송신기에는 사용 시 무지하게 도움이 되겠지요.
그러나 요사이 핸드런치 비행기등 소형 글라이더에 많이 사용하는 것 같군요.
유저께서 앞으로 리듐이온 충전 배터리를 사용하려고 하면 꼭 알아두어야 할 사항입니다.

 1) 리듐 이온(Li-ion) 충전 배터리인가 꼭 확인하십시오.
 2) 셀당 전압이 3.6V /3.7V 인지 확인하십시오.
 3) 용량을 꼭 확인하셔야 합니다.
   (셀당 정품을 구매 하셨다고 하면 스펙과 용량이 다 나와
   있습니다.) 그러나 핸드폰등에서 불법으로 빼서 파는 분도  많은것 같은데 이 경우는 용량을 알 수 없고 셀당 전압도 알수 없으니 절대로 사용하시면 큰 사고가 나니 주의하시기 바랍니
다. 이런 경우 겉 케이스가 그냥 철판으로 되어 있는 배터리입니다.
 4) 꼭 전용 충전기를 사용 하셔야 합니다.
 5) 셀이 몇 개 묶여 있는지 꼭 확인하시고 셀당 전압
  이 3.6/3.7V 이라는 것을 꼭 머리에 메모리 바랍니다.
 6) 리듐 이온은 충전전류를 높인다고 충전이 빨리 되지 않고 그냥 폭발되어 흉기가 되니  절대로 충전전류를 임의대로 높이지 말고 통상  3.6V 1850mAh짜리는 충전전류 0.8A 정도로 하셔야 합니다.(2시간이상 충전시간이 걸립니다.)
 7) 리듐 이온 배터리는 납축전지와 비슷한 성격입니다. 방전시키지 마시고 수시로 충전하여 주십시오.
 8) 꼭 정품의 배터리를 사용하시고 핸드폰 등에서 빼낸 배터리는 용량 및 전압을 꼭 확인하여 주십시오.