이차전지 작동 원리에 대해서

 요즘 가장 핫한 주식 테마 중, 친환경, 미래세대 기술로서, 모빌리티 시장의 확장으로 전기차 쪽이 핫한 것으로 알고 있다. 전기차 자체 주식도 매력이 있지만, 전기차가 급부상함에 따라 전기차의 핵심인, 이차전지에 대해서도 많은 이들이 관심을 갖고 조사를 하고 있는 것으로 안다. 그러나 그냥 무작정 이차전지가 전기차의 핵심이니 투자하는 것보다. 이차전지의 특징과 작동 원리를 알면서 이 주식 시장에 들어가는 것이 더 좋지 않을까 생각했다.

 그래서 제가 최근 이차전지에 대해서 공부한 것을 써볼까 한다. 앞으로는 분명한 것은 화석 연료가 점차 살아지고 친환경, 재생 에너지가 그 자리를 대체해 나아갈 것이다. 그렇기에 현재 가장 매력적인 수소에너지와 전기 에너지 중, 오늘은 전기 에너지의 핵심인 이차 전지가 어떻게 작동하는지 알아보고자 한다.

 

이차전지

 이차전지는 충전과 방전이 가능한 전지로서, 이전에 충전되었던 전하를 사용할 수 있는 반면, 일회용 전지인 일차전지와는 달리 반복해서 사용할 수 있다. 이차전지는 다양한 용도로 사용되고 있으며, 가정용 전자제품부터 전기 자동차 등 대규모 전력 저장장치에 이르기까지 다양한 분야에서 사용된다.

이차전지 작동원리

 이차전지의 종류는 다양하지만, 가장 널리 사용되는 리튬 이온(Li-ion) 이차전지에 대해 알아보겠다. 리튬 이온 이차전지는 양극과 음극 사이에 리튬 이온(Li+)을 운반하는 전해액을 넣은 구조로 되어 있다. 충전할 때 양극에서 음극으로 리튬 이온과 분리된 전자가 도선을 통해 흐르면서 전기를 축적하게 되고, 방전 시에는 전기가 사용됨과 동시에 리튬 이온은 음극에서 양극으로 이동한다. 이렇게 반복적으로 충전과 방전을 반복하면서 전기를 공급한다.

 

이차전지의 구조는 일반적으로 양극, 음극, 전해질, 컨테이너로 구성된다. 양극은 전자를 방출하는 곳으로 음극과 반대되는 전위를 가지며, 음극은 전자를 받아들이는 곳으로 양극과 반대되는 전위를 가진다. 전해질은 전극과 전극 사이에서 이온의 운반을 가능하게 하는 전기 중성의 용액으로, 전극과 전극 사이를 분리해주는 역할을 한다. 컨테이너는 전해질을 담는 공간이며, 일반적으로 플라스틱으로 제작되어 있다. 

 이차전지의 용량은 전지 내부에서 저장된 전하의 양으로, Ah 단위로 측정된다. 전지의 용량은 전압과 전류의 곱으로 계산된다. 전압은 전지의 종류에 따라 다르며, 전류는 전지 내부에서 이동하는 전자의 양을 나타낸다. 전지의 에너지 밀도는 전지 용량 대비 전지의 부피나 무게를 나타내며, 이는 전지의 사용 용도를 결정하는 중요한 요소이다.

 

 이차전지의 에너지 밀도가 높을수록 같은 부피나 무게에서 더 많은 전기 에너지를 저장할 수 있으므로, 높은 에너지 밀도가 요구되는 모바일 기기나 전기 자동차 등에 적합하다. 반면에 에너지 밀도가 낮은 이차전지는 주로 일회용 건전지나 저전력 소모 기기에 사용된다. 

 

 이차전지는 재충전이 가능한 전지로서, 충전한 전기를 내보내는 동시에 다시 충전이 가능하다. 이러한 이차전지는 대부분 리튬 이온(Li-ion)이나 나이카드(Ni-Cd) 등의 화학 반응을 이용하여 전기를 저장한다.

 

결론

 이차전지의 작동 원리는 충전과 방전 과정에서 일어나는 화학 반응으로 이루어진다. 이차전지에서 충전 시에는 외부 전원을 이용하여 배터리 내부의 화학 반응을 역방향으로 진행시킵니다. 이 때, 이온은 양극에서 음극으로 이동하면서 전기를 축적한다. 이렇게 충전된 배터리는 외부에 전기를 공급하면, 화학 반응이 반대로 진행되면서 이온이 음극에서 양극으로 이동하면서 전기를 발생시킨다.

 

 이차전지의 구조는 크게 양극, 음극, 전해질, 분리막, 외부 케이스 등으로 이루어져 있다. 양극과 음극은 각각 양극재와 음극재로 이루어져 있으며, 전해질은 이온이 이동할 수 있는 용액입니다. 분리막은 양극과 음극을 분리하면서 이온의 이동만을 허용합니다. 외부 케이스는 배터리 내부를 보호하면서 외부로부터의 충격을 막아준다.

이차전지는 우리 일상생활에서 많이 사용되며, 모바일 기기나 전기 자동차 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 그리고 이차전지의 기술 개발은 미래 에너지 저장 기술에 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

 

 이렇게 조사를 하며 알게 된 사실은 이차전지는 화확반응을 중심으로 한다는 것이다. 분명 재생에너지로 매력은 있지만, 화확반응이란 것은 조그마한 실수로도 대형 사고를 일으킬 수 있을 것이다. 사실 몇년 전만 해도 전기차가 도로에서 사고나면 대형 폭발이다. 이런 말들이 많았다. 그렇기에 다음 글은 전기차의 핵심인 이차전지의 안정성과 발열 문제 등 이차전지가 가지고 있는 문제점에 대해서도 포스팅 해보겠다.