우리에게 이차전지 배터리는 다들 어떻게 생각하고 계시나요? 제가 가장 많이 듣던 말로는 수명 주기가 1년?? 1년 6개월후에 급격한 수명 저하? 2년 후에는 자주 발생되는 방전??? 결론은 정말 수명이 짧다고 생각되는 것이 이차전지 배터리라고 생각됩니다. 이러한 생각들은 우리가 사용하고 있는 핸드폰의 이차전지 배터리에서 온게 아닐까 생각됩니다.
그러다 보니, 우리는 전기자동차 출시 당시에.. 다들... 걱정한 것들 중에 하나가?? 자동차를 10년이상 사용하는 것으로 생각하는데.. 1년만 타야 되나라는 걱정을 가졌습니다. 그런데 신기하게 다들 100,000km이상 달린 전기자동차의 배터리 수명을 보게 되면 5~10%정도 밖에 수명이 단축된 것을 많은 매체를 통해 확인할 수 있습니다. 우리가 알고 있는 핸드폰의 이차전지 배터리와는 다른건지?? 하나씩 주절주절 알아보겠습니다.
일단 이차전지 배터리에 구성을 보면 크게 전극+전해질로 구성되어 있습니다. 조금 더 상세히 본다면...
| 품목 | 구성 |
| 배터리 시스템을 구동시키는 회로 | 34.4% |
| 양극활물질 (Active Cathode) | 14.8% |
| 양극 도선 (Cathode Foil) | 5.5% |
| 음극활물질 (Active Anode) | 8.2% |
| 음극 도선 (Anode Foil) | 9.2% |
| 전해질 (Electrolyte) | 7.5% |
| 분리막 (Separator) | 4.6% |
| 모듈 시스템 (Module Periphery) | 10% |
| 셀 보호 (Cell Housing) | 5.8% |
이러한 구성으로 되어 있습니다. 배터리의 적용분야에 따라서 다르기에 위의 수치는 참고적으로 보시면 됩니다. 여기서 우리의 배터리 수명을 결정하는 요인들은 양극물질 + 전해질 + 분리막 음극물질로 보시면 됩니다. 우리가 실제로 사용하고 있는 배터리는 kWh라는 표현합니다. 실제로 이정도의 용량을 가지는가?? 실제 사용하는 구간은 총 용량의 90%정도로 보시면 됩니다. 그리고 완전 방전이 되는 것이 아니라 10%정도 남은 범위에서 시스템에서 배터리가 다 소모되었다고 표시되게 되어있습니다. 제조사마다 %정도는 다르기에 참고수치입니다.
배터리 용량의 사용량 대 주기 성능 감소는 선형그래프가 아닌 Log 그래프라고 하여.. 초기에는 떨어지지 않다가 급격하게 감소되는 그래프의 형태를 띄게 됩니다. 이론적으로는 선형그래프를 따르는 것이 맞습니다. 이론값과 실제값의 차이가 발생하는 것은 대부분 열때문입니다. 다들 들어보셨을 겁니다. 배터리는 차가운 것이 좋다는 표현들을 간혹 듣게 되셨을 겁니다. 과연 사실일까요?
당연히 뜨거운 것보다는 좋습니다. 그러나 우리가 사용하는 배터리의 재료들은 상온에서 최적화되어 있다고 보시면 됩니다. 상온에서 최적화된 재료들의 조합을 이용하여 우리가 알고 있는 배터리들이 대량생산된 것입니다. 우리가 보게되는 수치들은 전부 상온에서 진행된 것입니다.
그럼 온도가 낮으면 어떻게 될까요? 일단 온도가 낮으면 전극 활물질에 손상이 커지게 됩니다. 모든 재료는 진동을 하게 되는데 온도가 증가함에 따라 진동은 증가되게 됩니다. (선형적으로 증가되는 것은 아닙니다.) 진동이 증가한다는 것은 리튬이온들이 전극활물질에 이동공간이 상대적으로 커지게 됩니다. 그렇게 되면 이동하여 정착하게 되는데. 정착하는 과정에서 입구가 크냐? 작냐?에 따라서 정착하는데에 스트레스를 받게 되고 이 스트레스는 전극활물질의 영향을 주게 됩니다. 그래서 전기자동차에 배터리 시스템을 보면 항온시스템이 있는것을 알 수 있습니다. 이것을 BMS(Battery Management System) 이라고 하는데... 다양한 기능을 가지고 있는데.. 우린 간단하게 온도 조절한다고 보시면 됩니다.
배터리가 열에 약하다고 했는데.. 가장 약한 부분은 어디일까요? 분리막이라는 고분자재료입니다. 즉, 플라스틱 부분입니다. 이 친구가 가장 먼저 손상을 받게 되면서 연쇄적은 손상을 가져다 줍니다. 다들 아시다시피 항상 배터리 화재의 시작은 분리막에서 시작된다고 보시면 됩니다.
그러므로 배터리는 무조건 차게 하는 것이 좋다에 대해서는 잘못된 이야기입니다. 그럼 두번째로 배터리는 중간에 충전하는 것이 좋다? 완전 방전시키고 충전하는 것이 좋다? 이건 다들.. 생각보다 모르시더라구요. 결론은 다들 제각각일 겁니다. 배터리 충전 시스템은 작동기기 시스템에서 충전 속도를 조절하고 있습니다. 그렇기에 우리가 어떻게 할 수 있는 부분이 없습니다. 배터리 충전 속도를 보시게 되면 0%로 가정한다면 초기 충전속도를 빠릅니다. 그러면서 서서히 느려지게 되는데.. 이것들은 예민하게 보시는 분들만을 느낄 수 있도록 시스템으로 제어하고 있어서... 아무튼 초기에 충전속도가 빠른것은 빈집이 많기에 리튬이온이 정착할 수 있는 곳이 많습니다. 리튬이온들이 질서정렬하게 정착하는 것이 아니라 무작위로 하기에 정착하는 곳이 수가 줄어들 수록 리튬이온끼리 충돌할 가능성이 높아지는 등 다양한 이유로 점점 느려지게 됩니다. 당연히 이렇게 충전되면 전극활물질에 영향을 줄 수 있기에 시스템적으로 충전 속도를 조절하여 최대한의 손상을 막아줍니다.
오늘의 배터리 알뜰신잡!!!
- 배터리는 무조건 차게 하는 것이 좋다 : 잘못된 표현!!! 항온이 중요하다
- 배터리는 중간에 충전하는 것보다 완전 방전시키고 충전하는 것이 좋다 : 맞는 표현이나 시스템으로 조절하기에 언제 충전해도 상관이 없다.
오늘부터 쭈욱 배터리에 대해 하나씩 썰을 풀어보겠습니다.!!
'우리 일상에서의 팁!!' 카테고리의 다른 글
| 배터리 화재의 진실??? (10) | 2022.06.21 |
|---|---|
| 한때 시끄러웠던 니켈 시장 전쟁!!! (11) | 2022.06.20 |
| 고구마!! 어디까지 드셔보셨나요?? (17) | 2022.06.15 |
| 고구마 싫어하는 사람은 있을까요?? (10) | 2022.06.14 |
| 고구마보다는 고구마순이 더 좋은가?? (10) | 2022.06.13 |