경제 산책
1차 전지와 2차 전지의 구분 본문
1차 전지와 2차 전지
1차 전지(primary cell)는 재충전이 불가능한 전지로 건전지라고 하며. 2차 전지(secomdary cell)는 재충전하여 다시 사용할 수 있는 전지로 축전지라고 한다.
1) 1차 전지
전지는 전자의 산화환원 반응을 이용하여 화학 에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치이다. 1차 전지는 방전한 후 충전이 불가능한 일회용 전지로 보통 건전지라고 한다. 1차 전지에는 많은 종류가 있으나, 기본적으로 양극과 음극 그리고 전해질로 구성되어 있다. 음극은 이온화 경향이 큰 금속을 사용하여 전자를 내어 놓는 산화반응이 일어나며, 양극은 이온화경향이 작은 금속을 사용하여 전자를 얻어 환원 반응이 일어난다.
대표적 1차 전지인 망간 전지는 르클랑셰 전지를 건전지 화한 것이다. 아연 통을 용기 겸 음극으로 하며, 양극 합제로 이산화 망가니즈와 전기전도성의 탄소 가루(아세틸렌 블랙, 흑연), 염화암모늄 가루의 3가지를 전해액(염화암모늄·염화아연이 주성분임)으로 굳혀 형성시킨 것이다. 그 중심에 탄소 막대가 있다.
탄소 막대와 덮개 사이에는 세퍼레이터와 전해액에 콘스타치와 밀가루를 섞어 겔화한 전해액층이 사이에 끼어 있다. 기전력은 1.5V 정도이며, 가장 보편적인 전지로서 시계나 장난감에 널리 쓰인다. 리튬전지는 금속 리튬을 음극 활물질로 사용하고 비수 전해액을 사용하여 3V 이상의 고전압이 가능하다.
소형이며 고에너지 밀도의 전지로서 저온 특성 및 장기 보존 성능이 우수한 전지이다. 사용하는 양극 활물질의 종류, 전해질, 전극 및 전지 형태에 따라 몇 종류로 구분되며 각각 작동 전압, 사용 한계 전류, 에너지 밀도, 동작 온도, 보관 수명, 안전성 등의 특성이 다르게 나타난다.
사용하는 양극 활물질에 따라 Li/SOCl2, Li/SO2, Li/MnO2, Li/(CF) n 전지 등으로 나뉜다. 양극 활물질로 이산화망가니즈를 사용한 코인형리튬전지는 전자수첩, IC카드, 완구, 계측기 등과 같이 안정된 성능과 저출력이 요구되는 전자기기에 사용된다. 양극활물질로 SO2를 사용한 전지는 주로 군수용으로 사용되고 있으며, 군에서 사용되는 대부분의 전지는 리튬전지라고 보면 된다.
리튬전지는 용도에 따라 원통형, 핀형, 페이퍼형, 각형과 같이 여러 형상으로 만들 수 있어 사용범위가 넓다. 원통형 리튬전지는 컴퓨터의 메모리 백업(기억 유지 기능)용, 휴대폰 등 고출력이 요구되는 전자기기 전원으로 많이 사용되고 있으며 5~10년간 사용이 가능하다. 핀형 리튬전지는 야간 낚시용 전기 찌의 전원으로 사용되며, 페이퍼형 리튬전지는 얇은 메모리 카드나 IC 카드 등에 사용된다.
2) 2차 전지
2차 전지는 충전 및 방전이 가능한 하나 이상의 전기화학 셀로 구성된 배터리이다. 2차 전지는 배전 네트워크를 안정화하기 위해 연결된 버튼 셀에서 메가와트 시스템에 이르기까지 다양한 모양과 크기로 생산되며 납산(lead acid), 니켈 카드뮴(NiCd), 니켈 수소(NiMH), 리튬 이온(Li-ion), 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 등 여러 가지 전극 재료와 전해질의 조합이 사용된다. 2차 전지의 경우 일반적으로는 일회용 배터리보다 초기 비용이 많이 들지만 교체하기 전 여러 번 충전할 수 있음으로 총 소요 비용과 환경 영향이 훨씬 적은 것이 장점이다. 일부 2차 전지 유형은 일회용 유형과 동일한 크기 및 전압으로 사용할 수 있으며 교환식으로 사용할 수 있다.
이러한 이차전지의 대표적인 예로는 전기차를 들 수 있습니다. 최근 미국 증시를 보면 테슬라 주가가 최고치를 경신하고 있습니다. 전기자동차는 2차 전지인 배터리에 전기를 충전해서 사용하고 있습니다. 흔히 우리가 사용하는 스마트폰에도 배터리가 들어갑니다. 스마트폰은 리튬전지를 사용하고 있습니다. 또한 전기가 정전되었을 때는 ESS라고 불리는 에너지 저장장치를 사용합니다. 이것은 전자장치는 갑자기 정전되면 사용이 중지되는데 일정 시간 이 ESS라는 2차 전지로 전원을 연결하여 가동하는 것입니다.
3) 전지의 종류
1차 전지로 가장 많이 사용되는 전지는 망간 건전지이다. 수은전지도 1차 전지로 루벤 전지, RM전지, 수은 건전지로도 불린다. 산화은 전지는 1차 전지와 2차 전지가 있으며, 단추형의 1차 전지가 에너지 밀도가 높아 많이 사용된다. 리튬 이온 전지와 리튬 폴리머 전지는 2차 전지로 가장 많이 사용되고 있는 전지이다. 연료전지는 연료의 산화에 의해서 생기는 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전지로 일종의 발전 장치라 할 수 있으며, 알칼리 수용액을 전해질로 하여 순수한 수소와 산소를 사용한다. 니켈·카드뮴 축전지는 알칼리성 전해액을 사용하는 대표적인 알칼리 축전지이다. 납축전지는 납과 황산을 전극과 전해질로 사용하는 전지로서 자동차 등에 많이 이용된다.