[2차전지] 이차전지 정의 및 구성

* 본 글은 2018-05-04에 작성 되었습니다. 

일차전지

일차전지는 한 번 사용면 다시 재사용이 불가능한 배터리이다. 건전지(알칼리전지)가 대표적이며 주로 시계, 리모컨 등에 사용한다. 

그러나 이렇게 한 번만 쓰고 버리면 환경오염을 일으킬 수 있기 때문에 최근엔 2차 전지를 많이 사용하려고 한다. 대표적인 일차전지에는 수은전지, 망간전지, 알카라인전지, 리튬전지가 있다.

 

현재 이차전지가 나왔지만, 이러한 일차전지는 현재 스마트 그리드로 전환 중인 에너지 산업에서 많이 쓰이고 있다. 예를 들면, 전기 계랸기나 원격검침기 등 아날로그 방식의 기기가 디지털로 바뀌면서 필요하다. 비츠로셀 전체 매출의 절반 가량이 여기서 나온다. 또한, 군 장비와 무선으로 지하 깊숙한 곳까지 들어가야 하는 석유 및 가스 등 에너지 장비에도 많이 쓰인다.

최근에는 사물인터넷에 가장 역점을 두고 있다. 2~3년 내에 부피가 얇은 초박형 일차전지를 개발할 계획으로 앞으로 더 많은 곳에서 사용할 수 있을 것이라 생각된다.

 

 

이차전지

이차전지는 방전된 후에도 재사용이 가능한 배터리이다. 주로 스마트폰, 노트북과 같은 모바일 디바이스에 사용한다. 대표적인 이차전지에는 납축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈수소 전지(NiMH), 리튬이온 전지(Li-ion), 리튬이온폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다. 이 중, 납축전지와 니켈-카드뮴전지는 에너지밀도의 한계와 환경오염에 대한 우려로 점차 니켈수소전지와 리튬계 이차전지로 대체되는 중이다.

 

이차전지 구성

이차전지는 크게 전극(양극재, 음극재), 전해질, 분리막으로 구성되며, 전체 생산원가의 50%를 차지한다(양극재가 44%, 분리막 14%, 음극재 10%, 전해질 7%).

[출처: 삼성SDI]

 

1)전극(양극→음극으로 이동)

해당 소재가 지닌 고유물성을 이용해 전기에너지를 저장하거나 저장하기 위한 전기화학반응 자리를 제공하는 물질을 전극이라 하며, 이때 직접 전기를 저장하는 소재를 활물질(active material)이라고 한다.

 

2)전해액

이온이 이동하는 통로 역할을 하는 물질을 말하며, 전해액으로 사용되기 위해서는 전기화학적으로 안정적이어야 한다.

 

3)분리막

내부 저항을 최소화하기 위해서 양극과 음극이 밀접하게 접촉하고 있어야 하지만, 직접적인 접촉이 일어날 경우 쇼크가 일어나 전지가 고장 날 위험이 있다. 이러한 위험을 방지하고자 양극과 음극 사이에 놓을 분리막이 필요한 것이다. 분리막은 두 전극 간의 이온의 이동이 원활하도록 다공성 재질로 만들어져야 하며, 일정 수준이상의 기계적 강도를 지녀야 한다.

 

 

이차전지 장점

1) 높은 에너지 밀도: 동일 용량의 다른 배터리보다 무게와 부피 소형화 가능

2) 비메모리 효과(충전 가능 용량이 줄어드는 ‘메모리 효과’가 없음)

3) 환경 친화적

4) 긴 수명 주기

5) 높은 전압

 

 

[참조 및 출처]

1. 중앙시사매거진, https://jmagazine.joins.com/forbes/view/304414

2. 삼성SDI 공식 홈페이지