배터리의 종류별 원리와 쓰임새
배터리는 과학시간에 많이 배우듯이, 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장시키는 원리이다. 다음으로 배터리 종류별 원리에 대해 알아보고 미래에는 어떤 배터리가 나올지 종류와 원리는 무엇인지 전망까지 알아보도록 하자.
1. 알칼리 배터리
알칼리 배터리(Alkaline Battery)는 양극에 아연과 음극에 망간 산화물을 사용하고 전해질로 알칼리를 포함한 수용액이 사용된다. 망간과 아연의 이온 이동이 화학반응을 통해 발생하고 전류를 생성하여 에너지를 공급하는 원리이다. 주요 종류로는 AA, AAA, C D, 및 9V와 같은 여러 크기와 전압의 종류가 존재하고, 우리가 가장 많이 접할 수 있는 배터리 중 하나이다. 그 이유는 일반적인 전자기기 특히 소형 전자기기에서 많이 사용되기 때문이다. 예를 들어, 리모컨이나 스마트폰, 시계, 플래시 라이트 등에 널리 사용되며 비교적 저렴하여 평범한 일반 소비자들이 사용하는 제품에 적합하다는 것이 특징이다.
2. 리튬 이온 배터리
리튬이온 배터리(Lithium-Ion Battery)는 이름 그대로 리튬 이동을 통해 에너지를 저장하고 방전한다. 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동이 충전 및 방전과정에서 전류를 생성하는데 그것이 원리라고 볼 수 있다. 종류라고 하기에는 특정 제품을 말하기가 힘들고 다양한 형태와 용량으로 존재한다고 할 수 있다. 고에너지 밀도와 긴 수명을 가진 다양한 형태로 존재한다. 쓰임새로는 많이 알고 있는 전기자동차 스마트폰 같은 전자제품이 대표적이다. 모바일 장치 같은 곳에 많이 사용되고 카메라, 전자 담배, 드론 같은 고성능 응용 분야에도 널리 사용된다.
3. 니켈 카드뮴 배터리
니켈 카드뮴 배터리(Nickel-Cadmium Battery)의 원리로는 양극에 니켈 산화물 및 음극에 카드뮴을 사용한다. 이 화학 물질들의 반응으로 전류가 생성되는데 니켈 카드뮴 배터리의 원리이다. 종류로는 크게 2가지로 분류할 수 있다. 일반적으로 충전식인 니켈 카드뮴(NiCd) 배터리가 있고 니켈 금속 하이드라이드(NiMH) 배터리가 두 번째이다. 후자는 환경의 미치는 영향을 줄이기 위해 개발되었다고 한다. 사용용도로는 휴대용 라디오, 휴대용 음악 플레이어, 재충전용 플래시 라이트 등 간단히 들고 다닐 수 있는 도구에 사용된다. (NiMH) 하이드라이드 배터리는 줄 디지털카메라나 일부 장난감에도 사용된다.
4. 납 산성 배터리와 열화학 배터리
위의 3종류보단 약간은 생소할 수 있는 배터리일 수도 있는데, 바로 납 산성 배터리(Lead-Acid Battery)와 열화학 배터리(Thermal Battery)이다. 전자는 납과 황산의 화학 반응을 기반으로 동작하고 주로 자동차나 UPS무정전전원 공급장치에서 사용된다. 후자는 열을 이용해 화학반응을 촉진하고 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 데 사용되며, 미사일이나 탄도 미사일 및 우주선에서 사용된다.
4. 미래 배터리 (전고체 배터리) 전망 및 마무리
지금까지 가장 많이 사용되고, 사용되어왔던 배터리에 대해서 알아보았다. 이런 배터리 말고, 미래에 더욱더 기대되는 배터리들이 있는데 한번 살펴보도록 하자. 세계적으로 많이 연구가 진행되고 있는 배터리 중 하나는 전고체 배터리(Solid-State Battery)라고 할 수 있다. 기존과는 다르게 액체 전해질 대신 고체 전해체를 사용하여 에너지를 저장하는데, 안전성이 매우 뛰어나고 에너지 밀도가 증가하는 장점을 가져 화재 위험 같은 리스크를 많이 줄일 수 있다. 또한 고체 전해체는 더 긴 수명을 제공하여 충방전 사이클 수명도 증가하는데, 이는 전자제품의 안정성 혁신과 충전시간 대폭 단축이라는 엄청난 발전을 시사한다. 사용될 용도는 무궁무진한데, 대표적인 예로는 전기자동차, 핸드폰 등이 될 것이다. 단점으로는 아직까진 연구 및 개발이 계속 진행되고 있고, 개발이 쉽지 않아 상용화 까지는 많은 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 그 밖에도 리튬 황 배터리(Lithium-Sulfur Battery) 같은 리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지밀도, 경량화, 재생에너지에 이상적인 미래 배터리도 있다.
마무리로 미래 배터리인 전고체 배터리와 리튬 황 배터리까지 알아보았는데, 우리의 기술력이 얼른 발전하여 대한민국 뿐만아니라 세계적으로 더 좋은 환경 및 사회가 왔으면 좋겠다. 기술을 계속 발전하고 있으며, 더 효율적이고 환경 친화적인 기술이 연구 및 개발 중이다. 기존의 종류와 쓰임새, 미래 배터리의 전망에 대한 글입니다. 글을 읽어 주셔서 감사합니다.