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2014년 7월 24일 목요일

리튬-이온 배터리의 작동 원리

휴대폰에는 항상 가장 최신 기술의 배터리가 사용된다. 무게가 가볍고 오래 사용하여야 하기 때문이다.
군용 무전기 같은 모토롤러​ 휴대 전화를 사용하던 휴대 전화의 초기 시절인 옛날에는 닉켈-카드늄 배터리가 사용되었지만 얼마 지나지 않아 리튬-이온 배터리가 개발되어 휴대 전화기의 배터리는 모두 리튬-이온(또는 폴리머) 배터리가 사용되었으며 오늘날은 전기 자동차에 까지 리튬-이온 배터리가 적용되는 상황이 되었다.
이러한 리튬-이온 배터리의 작동 원리를 알아 보자.



​아래의 내용은 인터넷 검색으로 찾은 사이트(아래의 링크)에서 가지고 온 내용의 일부를 내가 번역한 것이다.
http://www.explainthatstuff.com/how-lithium-ion-batteries-work.html

번역문 시작​
다른 배터리와 마찬가지로 재충전이 가능한​ 리튬-이온 배터리는 전기를 발생시키는 하나 또는 그 이상의 셀을 가지고 있다. 각 셀은 기본적으로 3가지의 부품인 양극 및 음극과 두 극의 사이에 존재하는 전해물질로 구성되어 있다. 양극은 보통 리튬-산화 코발트(LiCoO2) 또는 최근의 배터리는 리튬-철-인(LiFePO4)로 만들어 진다. 음극은 보통 탄소(Graphite)로 만들어 지고 전해액은 배터리의 종류에 따라 여러가지가 있다. 이 전해액은 배터리의 작동을 이해하는 데 그리 큰 요소는 아니다.

모든 리튬-이온 배터리는 넓게 보면 모두 동일하다. 배터리가 충전이 되면 리튬으로 구성된 양극은 리튬 이온을 내 놓는다. 이 이온은 전해액을 거쳐서 음극에 달라 붙는다. 배터리는 이러한 과정을 통해 에너지를 ​저장한다. 배터리가 방전되면 리튬 이온은 전해액을 통해서 양극으로 돌아가면서 배터리가 가진 전기적인 에너지를 내 보낸다. 양쪽 방향의 경우 외부 회로의 전자의 움직임은 이온의 방향과는 반대 이다. 전자는 전해액을 통해 흐르지 않으며 전자에 관련하여 전해액은 하나의 절연 장벽으로 작용한다.

전해액을 통한 이온의 흐름과 외부 회로에서 전자의 흐름 (이온과는 반대 방향)은 ​ 상호 작용하는 공정으로 어느 한쪽이 정지하면 다른쪽도 같이 정지한다. 만일 배터리가 완전히 방전되어 이온의 흐름이 없으면 외부 회로의 전자 또한 움직일 수 없게 되어 배터리는 힘을 잃게 된다. 마찬가지로 배터리가 동작 중이라도 스위치를 끄면 전자의 흐름이 정지하게되고 이온의 흐름도 끊기게 된다. 큰 전류로 방전되던 배터리는 방전이 중지된다(그러나 외부 회로에 연결이 되지않아도 아주 낮은 정도로 천천히 방전이 계속된다).

다른 간단한 배터리와는 달리 리튬-이온 배터리에는 충전 및 방전 제어용 회로 기판이 달려있다.​ 이 회로는 과충전과 과방전이 되지않도록 하여 과열을 방지하여 리튬-이온 배터리가 어떤 상황에서 폭팔하는 것을 방지한다.
번역문 끝​

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