[Technical] 밧데리 기술 총 정리 ②

* 목차 *

배터리 종류	폴리머 배터리	태양 전지
배터리 전압	휴대폰 배터리 충전 완료 후, 충전기에 두어도 좋  은가?	단추형 공기 전지의 구조와 재질
배터리 규격	리튬이온 배터리의 수명	단추형 공기전지
배터리 개발의 필요성	전기 자동차용 니켈,수소 축전지의 미래전망	수은전지의 용도
건전지 전압	신형 전지로서의 목표	수은전지의 전지반응
건전지 용량	전기 자동차 밀폐형 납 축전지 미래 전망	수은전지의 재료와 구조
건전지 자기방전과 보존	SLI용 납 축전지의 미래 전망	수은전지
건전지 수명	메인트넌스 프리 전지의 특성	산화은 전지의 원리
건전지 폐기 (1차전지)	자동차 사회에 없어서는 안되는 SLI용 납 축전지	산화은 전지의 용도
에너지밀도(energy density(Wh/I))	태양 전지의 응용 예	산화은전지
2차전지 수명(cycle life)	결정계 실리콘 태양 전지	알칼리 단추형 전지의 원리
용량과 방전전류, 방전시간의 관계	아몰퍼스 실리콘(a-Si) 태양 전지	알칼리 단추형 전지
충전시 가스 발생에 주의	니켈수소 축전지의 미래 전망	미래의 알칼리 건전지
납축전지 초기충전	공기 습전지의 미래 전망	알칼리 건전지
부식이나 녹도 전지	태양 전지의 종류와 특징	궁극의 성능을 추구한 망간 배터리
공기아연전지	니켈 카드뮴 축전지의 미래 전망	장래성 풍부한 배터리산업
상용 교류 이외의 전원으로 충전할 때	공기 습전지의 수요	메모리 이펙트
납축전지 내부저항	소형 밀폐형 납축전지의 미래전망	최신기기용 배터리
납축전지 보수(保守)	공기 습전지의 특성 및 특징	납축전지 사용시 주의사항
알칼리 건전지중의 수은과 환경문제	연료전지의 특징	Ni-Mh 배터리
산업용 니켈카드뮴 축전지	공기 습전지	1, 2차 전지의 cross 사용
포켓식 니켈카드뮴 축전지	연료전지	2차전지의 재사용 횟수
플러드(flood) 충전	태양 전지의 출력 특성	납축전지의 이용
트리클 충전	음극 흡수식 밀폐형 거치 납 축전지의 미래 전망	리튬이온(Li-ion) 배터리
펄스 충전	카본 리튬 이차전지	Ni-Cd 배터리
정전압 충전	거치용 납 축전지의 응용	리튬폴리머 배터리
정전류 충전	태양 전지의 발전 원리	수전지
바이폴로(Biopolar) 전지	음극 흡수식밀폐형 거치 납 축전지의 특성	열전지
각종 폴리머전지 장단점	리튬전지	미래의축전지
High Rate 리튬 배터리 장점	단추형 공기전지의 용도와 제품규격	환경오염과 아이언배터리 개발 필요성

폴리머 배터리

폴리머 충전용 배터리는 고에너지 산업과 폴리머 기술의 결합물이다. 이 배터리의 모든 구성성분은 고체이다. 다른 모든배터리처럼 부피가 크고 무겁고 금속 전지 housing을 포함해야 하는 액체가 없다. 그 결과 폴리머 배터리는 다른 배터리 들 특히 액체 전해물을 포함하는 사방정계(prismatic) 리튬이온 배터리보다 장점을 갖고 있다. 그 장점들은

*더 얇고 가벼운 무게,

*우수한 안전성과 환경적 특징

*혁명적인 디자인 유연성

이러한 폴리머 기술은 얇고 가벼워 휴대용 전자 제품 디자인에 있어 혁명을 가져올 수 있다.

휴대폰 배터리 충전 완료 후, 충전기에 두어도 좋은가?

삼성 애니콜 SCH-400용 리튬이온전지 가정용 충전기에 중용량배터리를 충전하면서 충전전압과 전류를 모니터한 결과다.

(참고)

일반적인 리튬이온전지의 상식으로는 SCH-400이 two cell방식이기 때문에 최대 충전전압은 4.2x2=8.4V 입니다.

(실험)

약 절반정도 사용한 (이 상태를 50% SOC라고 합니다) 상태의 전지를 충전기에 연결... 이때 전압단자에 voltmeter(소숫점 7자리 짜리)와 병렬연결하고 (+)전압단자는 ampere meter를 경유하여 충전기와 배터리팩이 접속되게 연결하였음.

이때 충전초기(이미 50%정도 충전이 된 상태의 전지지만... 시작을 초기라 표현)에 7.6V가 걸리고 전류는 560mA가 흘렀음. 시간이 지나면서 전압은 서서히 증가하고 전류는 서서히 감소... 어느 순간인지는 보지 못했지만 이미 충전기는 녹색불이 들어 와 있었음.

약 2시간 경과후 전압은 8.28V를 유지하였고 전류는 15mA정도가 흘렀음. 3시간 경과후 전압은 8.19V 전류는 드디어 "0"을 나타내었음. 3시간 이후에는 간헐적으로 8.29V의 전압이 걸리고 이때 전류는 13mA가 흐르는 것이 반복적으로 나타났음. 그러나 이 현상은 대략 수초정도 밖에 되지 않음.

(결과)

충전초기에는 정전류충전에 가까운 충전방식(정확하게 전류를 제어하지는 않았기에)으로 충전을 하고 충전말기에는 정전압을 사용하여 과충전을 방지하고 있음.

충전완료후에는 미리설정된 전압(본 실험의 경우 약 8.18V) 이하로 떨어지면 8.29V 정도의 정전압으로 충전하는 알고리즘을 사용함. 이때 전류는 대략 13mA가 흐름.

(결론)

적어도 삼성전자에서 나오는 (아남정밀제조) 애니콜용 충전기의 경우 충전기에 녹색불이 들어온 상태에서 일주일이든 열흘이든 올려둬도 전혀 문제가 없다는 것을 확인할 수 있었음. 현재 일본과 미국에서 리튬이온전지 충전용 IC가 많이 나오는데 아마도 이중 하나를 사용한 것으로 판단됨. 충전기에 녹색불이 들어오고나서도 한시간 정도는 적으나마 전류가 계속 흐르고 있음. 즉, 녹색불이 막 들어왔을때 충전은 대략 90~95%가 완료된 것으로 판단됨.

(정리)

일반적으로 SONY에 의해 잘 소개 되어 있는 것처럼 충전초기에 정전류충전, 충전말기에 정전압 충전을 하는 것을 알 수 있음. 충전상한 전압은 아마도 8.3V일 것으로 판단됨. 왜냐하면 리튬이온전지의 셀당 충전상 한 전압이 4.2V이며 일부 셀의 경우 오래 사용하기 위해 전지공급자가 4.1V를 충전 상한으로 사용할 것을 제시하기 때문에 그 중간에 해당하는 셀 당 4.15V를 사용하는 것으로 판단됨. 최근 많은 논란이 되고 있는 충전기에 충전이 끝난 전지를 두어도 좋은지 나쁜지... 에 대한 해답은 두어도 좋다임.

리튬이온 배터리의 수명

리튬이온은 장수명을 가질 수 있도록 설계되어 있지만 수명은 기껏해서 수천회 충방전입니다. 그런데 이것도 무엇으로 리튬이온전지를 만들었나에 따라, 아니면 제작업체의 기술력에 따라 달라진다고 합니다. 세계에서 가장 좋다는 일본 소니의 경우 4000회의 충방전에도 원래 용량을 유지한다고 합니다.

첫번째의 경우 전지의 활물질 성분에 따라 달라진다고 하더군요.

[ 활물질 TYPE 1 ]

특징 : 3칸에서 2칸까지는 서서히, 2칸에서 전원OFF까지는 급격한 타입 대강 아시겠죠. 주로 소용량 배터리의 경우입니다.

보통 500회 정도 : 그래서 소용량을 오래 못 씁니다.

[ 활물질 TYPE 2 ]

특징 : 3칸에서 2칸은 빨리, 2칸에서 전원 OFF 까지는 천천히 타입 주로 대용량 배터리입니다.

보통 1000회 : 삼성것은 보니 대용량은 원통형이 많습니다. 원통형은 같은 용량일때 각형보다 가볍습니다.

전기 자동차용 니켈,수소 축전지의 미래전망

먼저,대형 전지화의 과제인데, 충전시에는 소형 전지보다, 전지 내부의 온도가 더 상승한다. 따라서, 소형 전지 이상으로 고온 분위기하에서 니켈 양극의 충전 효율을 향상시킬 필요가 있다. 대형 전극의 임피더스의 저감과 리드, 극주, 코넥터의 저항치의 저감도 중요한 과제가 된다.

다음은 팩 전지화에 따른 신뢰성의 확보이다.

신뢰성이 요구되는EV용 전원으로서는 큰 문제가 된다. 따라서, 팩 전지의 방열 기술을 확립하여, 각 셀의 온도를 균일하게 유지하는 것이 매우 중요하다.

전지의 수명과 안전성을 확보하는 일이 또한 중요한 기술의 하나이다. 그 때문에, 만 충전 상태를 정확히 캐치하여, 보 충전을 적절히 하는 충전 제어 방식의 확립 및 충전 조작 시에 각 전지의 임피던스나 온도등을 모니터링하여, 적절한 보수를 하도록 하는 총합 기술의 개발이 금후의 중요한 검토 항목이다.

신형 전지로서의 목표

현재, 수소 흡장 합금을 음극에 사용한 니켈, 수소 축전지는 비디오, 컴퓨터, 휴대 전화등의 코드리스 기기에 쓰이는 원통형과 각형의 밀폐식 축전지가 이제 겨우 시장에 나돌기 시작했다.전기 자동차용의 대형 전지에 관해서는 세계 각국의 연구 기관에서 연구 개발이 시작된지 얼마되지 않았다.

이 전지는 알칼리 축전지의 일종으로 일반적으로 특성면에서는 납 축전지보다, 고 성능이고 높은 신뢰성이 기대되나, 니켈 이나 수소 흡장 합금이 납 보다도 고가이기 때문에 코스트는 높아진다.

79~80Wh/kg, 150W/kg가 달성되면, 전기 자동차의 시가지에서의 통상 충분히 대응할 수 있다고 생각된다.

전기 자동차 밀폐형 납 축전지 미래 전망

에너지 밀도와 수명 특성의 양립을 시도하는 요소 기술의 개발이 금후에도 중요하다. 그러기 위해서는 과거의 기술에 매이지 않는 새로운 기술에의 도전이 중요하며, 고 용량, 장 수명등을 달성하고, 또 얼마나 저렴하게 제조하는가가, EV용의 주 전원으로서의 성공의 열쇠이다.

SLI용 납 축전지의 미래 전망

최근의 SLI용 전지의 기술 동향에 대해 유저는 향상 값싸고, 성능 좋고 쓰기 편한것을 찾고 있다. 의미에서는, 여기서 설명한 각종 전지는 어프로치 하는 방법은 달라도 목표로 하는 것은 같을 것이다. 앞으로도 각 전지에 대해서 꾸준한 개량이 이루어지고 또, 더욱 더 특징을 살리면서 전체적으로 성능이 뛰어난것이 되어갈것으로 생각된다.

메인트넌스 프리 전지의 특성

양,음극에 Sb를 함유하지 않으므로 자기 방전이 극히 적다. 15개월 상온 방치한 후에도 보충전하지 않고, 충분히 사용 할 수 있다. 보통SLI용 전지는 레귤레이터에 의한 정전압 충전, 그리고 때때로 발생되는 얕은 방전(방전 심도 약 5%)에서의 충방전 모드에서 사용된다.

이 모드에 가까운 가속 시험 방법으로 수명을 평가하면, 수명 시험중의 전해액의 감소도적다. 이들의 특성은 실제의 차량 시험에서도 실증되어 있다.

자동차 사회에 없어서는 안되는 SLI용 납 축전지

130년 이상의 역사를 갖는 납 축전지는, 특히 경제성과 그밖의 총합적인 성능의 밸런스가 좋고, 취급하기 쉽다는 이유로 수많은 전지계가 개발되어 있는 오늘날도 축전지의 생산고의 약 50%를 점하고 있다.

그 주에서, 약 7할을 점하는 SLI용 전지는 1911년 GM사에서 처음으로 본격적으로 자동차에 탑재한 이래, 모터리제이션의 발전과 함께 생산량을 확대해 왔다. 현재, 자동차의 일레트로닉스화를 받쳐주는 기간부품의 하나이며, 금후 더욱더 그 주요성은 증가될 것으로 생각된다.

태양 전지의 응용 예

옥내용 기기의 전원으로서 태양 전지를 이용하는 경우, 원칙적으로 기기의 소비 전력이 적을 것이 조건이 돤다. 이것은 실내이기 때문에 입사 에너지 밀도가 적다는 것, 기기의 전 표면을 활용한다 해도 태양 전지를 설치하는 면적이 작기 때문 이다. 또, 태양 전지는 입사 에너지가 없으면 전력의 공급 능력이 없으므로, 소비 전류가 수십 uA 이하의 탁상용 전자 계산기와 같은 연속 사용이 아닌 경우에는 태양 전지로 직접 작동이 가능하나, 시계와 같이 연속 사용이 아닌 경우에는 태양전지로 직접 작동이 가능하나, 시계와 같이 소비 전력이 적어도 연속적으로 사용하는 경우나, 라디오등과 같이 소비 전류가 수 mA 이상인 경우에는, 태양 전지에 의한 기기의 직접 구동은 피하고, 이차 전지에 에너지를 축적하여, 이것으로 기기를 동작시키고 있다. 이차 전지로는 밀폐형 니켈, 카드뮴 축전지나 카본, 리튬 이차 전지가 사용되는 일이 많다.

태양 전지로 직접 구동이 가능한 옥내용 기기의 대표적인 예로서는 탁상용 전자 계산기가 있고, 또 이차 전지 내장 기기의 대표적인 예로서는 TV용 리모콘이 있다.

옥외용 기기에의 응용 예로서, 태양 전지의 소형 모듈을 탑재한 자동차용 배터리 충전기와 옥외용 태양 전지시계가 있다. 이미 예전부터 실용화되었던 것으로, 최근에는 이러한 사례외에 자동차용 환풍기, 이동용 변기, 교통 표지, 소화전의 위치 표시등, 둘레석, 자동차 정지표시, 건널목 차단용 경고등, 카드 레일용 시선 유도등 및 자동차용 헤드라이트등의 주 전원으로서 폭 넓게 실용화되고 있다.

결정계 실리콘 태양 전지

단결정 실리콘 태양 전지는, 쵸크랄스키 법에 의해서 단 결정 잉곳(Ingot)을 만들어, 이것을 슬라이스해서 얻은 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용한다. 태양 전지의 제법은 모두 같으며, 웨이퍼의 표면에 불순물을 확산하여 pn접합을 형성한다. 그 뒤에 전극 및 반사 방지막을 형성하여 태양 전지가 돤성된다.

아몰퍼스 실리콘(a-Si) 태양 전지

a- Si 태양 전지는, 투명 전극막이 형성된 유리 기판위에 p형, i형, n형의 a-Si막을 순차적으로 형성하고, 최후에 알루미늄등의 이면 전극을 형성하여 만든다.

a-Si막은 평판형의 전극이 있는 체임버(Chamber)안에서 모노 실란(SiH4)이라고 하는 가스를 넣어, 글로 방전(Glow Discharge)으로 발생되는 플라스마 안에서 SiH4를 분해하여 얻는다. p형 a-Si막은 도핑 가스로서 디-보란(B2H6)을 n형 a-Si는 포스핀(PH2)을 첨가하여 형성한다.

니켈수소 축전지의 미래 전망

니켈수소 축전지는 이제 막 세상에 모습을 보인 것으로, 충전 제어도 복잡하고, 또 방전측의 제어에도 주의가 필요하는 등 미완성의 부분이 남아 있는 것이 사실이다. 또 환경 문제에 관해서는 클린(무공해)재료를 사용하고 있으나, 기본적으로는 사용한 전지를 회수하여 재이용 하는 것이 자원의 유효 이용을 포함하여 지구 환경에 대해서는 바람직한 일이다. 밀폐형 니켈 카드뮴 축전지의 경우는 리사이클 기술도 완성되어 부분적으로 전지의 재이용이 시작되고 있다. 이에 대해서 니켈수소 축전지는 사용한 전지를 전지까지 다시 되돌리는 기술은 아직 확립되어 있지 않다. 전지용 수소 흡장 합금은 조성이 복잡하고, 그 조성 비율도 높은 정도가 필요하다. 당연히 불순물이 들어가면 전지 성능에 크게 영향을 준다. 단순한 조성의 카드뮴에 비해서 리싸이클이 곤란한 이유이다. 그러나 반면에 수소 흡장 합금은 카드뮴 활물질과 달리 합금 조성을 변화시키므로서 보다 고용량의 것을 만들 수 있는 가능성이 있는 등 장래성이 큰 재료이다. 금후로도, 보다 고성능화하여 전자기기의 요망에 부응해 갈 필요가 있다. 니켈수소 축전지를 포함한 모든 이차 전지에 있어서 만능의 전지는 없으며 기기측의 요구 성능도 다르다. 앞으로 보다 더 전자기기의 포터믈, 코드리스화가 가속되어 전지의 중요성이 높아질 것으로 생각되며, 각각의 특징을 살려 포터블 기기의 심장으로서 활약해 갈 것이다. 또 오랜 연구가 전지라는 형태로 최초로 열매를 맺은 수소 흡장 합금의 기술이, 이것을 계기로 다른 분야에서도 꽃피어 갈것을 기대한다.

공기 습전지의 미래 전망

공기 습전지는 독특한 뛰어난 특성을 갖고 있음에도 불구하고, 특정의 한정된 분야의 수요밖에 없다. 한편으로 태양 전지와 조합한 이차 전지로 대체하기 위한 움직임도 있어 수요는 감소 추세에 있다.

대 용량의 일차 전지로서 금후 새로운 용도를 개발하고 수요 확대를 위해서는 고율 방전화와 소형,경량화가 필요한 것이다.

연속 1A의 전류가 3배, 5배가 되면, 보다 밝은 광원용의 전원으로서, 또는 지금까지의 용도에 없었던 공작용이나 동력용의 전원으로 쓰일 가능성이 나올법하다.

고율 방전화는 양극의 개량에 달려있고, 표면적을 크게 할 것이 아니라 단위 표면적당 꺼낼 수 있는 전류의 크기를 끌어올릴 필요가 있다.

활성도가 큰, 촉매 첨가형의 박막 양극의 채용은 용이하나 공기중의 탄산 가스나 수분의 약 영향을 피하기는 어렵다. 또 공기 습전지는 크고 무겁기 때문에 경원시되는 면도 있으며, 소형,경량화는 박막 양극 이외에, 전해액 재생제의 반응 효율을 향상시켜 전해액량을 감소하여 달성할 수도 있다. 또 금후의 전개의 다른 하나의 과제로서 지구 환경이라는 입장에서, 수은 0% 사용도 서둘러 반드시 성공 시켜야할 과제이다.

태양 전지의 종류와 특징

태양 전지는 사용하는 반도체의 재료에 따라, 실리콘 태양 전지와 화합물 반도체 태양 전지로 대별된다. 잘 알려진 바와 같이, 실리콘 태양 전지는 결정계와 아몰퍼스계로 나누어진다. 결정계 실리콘 태양 전지는, 높은 변환 효율과 높은 신뢰성을 갖고 있으며, 옥외의 대형 시스템에 사용되는 일이 많다. 단, 주재료인 실리콘 기판이 고가이고, 장래의 대규모의 보급을 위해서는 기판 재료의 저 코스트화가 불가피한 과제이다.

아몰퍼스 실리콘(a-Si) 태양 전지는, 탁상용 전자 계산기등의 소형 민생 기기의 전원에 이용되고 있는 박막 태양 전지이다. 기판으로는 유리등의 저 코스트의 재료를 쓸 수 있어, 장래에 저 코스트화가 기대되는 태양 전지의 하나이나, 현재로서는 변환 효율이 낮은데다가 빛에 의한 열화가 있기 때문에 그 개선이 요구된다.

화합물 반도체 태양전지는, III-V족계에서는 이미 높은 변환 효율을 얻고 있으나, 재료가 실리콘 기판보다 고가이고, 현재로서는 우주용등의 용도에 한정되어 있다. 한편, II-VI족계 및 I-III-VI2족계는 박형화가 용이하고 저 코스트화의 가능성도 높으나, 현재로서는 변환 효율이 낮아 이의 개선이 필요하다. 단, a-Si 태양 전지에 비해서 광 열화가 거의 없어, 장래의 저 코스트화가 기대되는 태양 전지이다.

니켈 카드뮴 축전지의 미래 전망

근년 전지와 환경에 관한 의론이 분분하다. 사용한 망간 전지는 그 속에 첨가물로 들어있는 수은을 없애는 개량을 하여 상품화하였다. 한정된 자원을 유효하게 활용하고, 지구 자원과 지구 환경을 보호한다는 관점에서 보면, 전지의 회수 시스템 과 리사이클 기술을 확립하여 이들의 재료를 재이용하는 것이 가장 바람직하다. 일차 전지의 리사이클 재이용은 사용 재료가 비교적 싸기 때문에 경제성이 없어 곤란하다고 생각하나, 이차 전지의 리사이클 재이용은 재료가 일차 전지보다 고가이기 때문에 가능성이 있다.

그 중에서도 밀폐형 니켈 카드뮴 축전지에 관해서는 리사이클 기술이 확립하여 부분적으로 전지 재료에의 재이용이 되고 있다. 금후에 전지 회수 시스템의 정비를 포함해서, 그 범위를 확대해 가는 움직임이 세계적으로 진행되고 있다. 리사이클이 가능하다고 하는 관점에서 보면 이 전지는 가장 지구에 순한 전지라고 말할 수 있다.

전지의 고성능화를 외치고 있는 가운데 밀폐형 니켈 카드뮴 축전지의 에너지 밀도는 한계에 와있다는 말도 들리나, 이것을 부정하는 의견도 만만치 않아, 앞으로도 고 에너지 밀도화는 계속될 것으로 생각된다. 또 높은 신뢰성, 폭 넓은 성능과 사용하기 쉬운점, 보다 높은 코스트 퍼포먼스 등을 종합적으로 만족하는 축전지로서 보다 넓은 분야에서 활약해 갈 것으로 생각된다.

공기 습전지의 수요

이 전지는 특히 무보수로 장기간 사용할 수 있으므로 산업용 전원으로서 특징 분야에 사용되고 있다. 주 용도로는

해상 관계-----부표(부이), 항로 표지, 등대용 비상 전원

철도 관계-----신호 계통, 궤도 회로용

통신 관계-----공업용 시계, 목축용 전기 철책 등이 있다.

그렇다고 해도, 전 세계의 수요는 그다지 크지않고, 1988년에 약 60억엔 이었다. 미국, 유럽에서 약 90%이상을 점하고 있으며, 점유율 1위는 프랑스의 SAFT사가 약 40%, 마쓰시다는 일본 국내 1위이나 세계 점유율은 약 40%에 지나지 않는다.

소형 밀폐형 납축전지의 미래전망

소형 밀폐형 납축전지 시장을 둘러싼 환경은 최근 크게 변화해 가고 있다. 2Ah 보다도 작은 용량에는 니켈 수소 축전지나, 리튬 이차 전지라고 하는 새로운 전지계가 상품화 되어있다. 그러나 사회가 고도 정보화 되고, 각종 통신수단이 상업화 되어 있으므로 이들의 네트워크의 백업용 전원으로서 이 전지의 수요가 증대되고 있다. 또 기업 활동에 컴퓨터는 불가결하고, 그것도 대형보다 소형쪽으로 시프트하는 경향이 커져, 상용 전원의 정전 및 전압 변동에 의한 데이타 파괴를 방지하기 위한 UPS 에 의한 백업이 필요하여 이 용도의 수요도 증가하고 있다. 또 장기적 일손의 부족과 고령화의 경향으로 공장내의 반송 기기의 구동용 등에도 수요가 증가하고 있다.

소형 밀폐형 납축전지는 비교적 값이 싸고, 큰 방전 용량을 공급할 수 있으므로 이 이점을 살려 비교적 용량이 큰 상품 군에 초점을 맞춘 장수명의 전지를 개발하므로서 시장 수요에 대응할 수 있을 것이라 사료된다.

공기 습전지의 특성 및 특징

(공기 습전지의 특성)

이 전지의 개발 방향은, 전지 본래의 성능을 최고로 함은 당연하고, 취급하기가 용이하고 안전하며, 장기간에 걸친 무보수를 특히 중요시 하고있다.

그래서 아래와 같이 공기 습전지의 특성을 충분히 살릴수 있는 신뢰성 높은 전지라야 한다는 것을 특징으로 하고 있다. 즉

1)-20'C에서도 사용 가능

2)3년간 보존해도 성능이 거이 열화하지 않는다.

3)비교적 대 전류(연속 1A)를 흘릴 수 있다.

4)방전시의 전압이 편탄하고 방전 말기까지 안정 되어있다.

5)주수식이며 밀폐 구조이므로 취급하기 용이하고 안전하다.

(공기 습전지의 특징)

장점	단점
전지의 전기용량이 크다	고 부하의 방전에 적합하지 않다
에너지 밀도가 높다	이동, 휴대에 맞지 않다
방전 전압이 평탄하고 안정되어 있다
주수하면 곧 사용할 수가 있다

연료전지의 특징

(연료전지의 장점)

1)카르노 사이클의 제약이 없으므로 높은 발전 효율을 얻을 수 있다. 배열을 이용하면 총합 효율은 더욱 높아짐.

2)부하에 대한 추수성이 비교적 좋고, 정격 이하의 추력에서도 효율의 저하가 적고, 부분 부하 특성이 좋다.

3)정격치를 전원의 최대 출력 보다도 저 전류측으로 설정하면 과부하에도 대응할 수가 있다.

4)연소가 적으므로, 질소 산화물등의 공해 가스의 발생이 적고, 회전 부분이 적으므로 소음이 낮다. 따라서 환경 보전성이 뛰어나고, 도시등의 수요선 부근에 설치할 수 있으므로 원격 송전이 불필요하고, 열을 유효하게 이용할 수 있다.

5)적층 구조이므로 단위 전지의 수로, 출력을 자유로 변경시킬 수 있다. 따라서 규격의 통일이 가능하여 양산하기 쉬우며, 프리패브 방식의 생산도 가능하다. 또 봇, 고장시의 교환이 가능하며, 그대로 점검을 위해 공장으로 보내기만하면 된다.

공기 습전지

공기중의 산소를 양극 활물질로 이용하는 전지를 공기 전지라고 하며, 그 가운데서 액상의 전해질을 사용한 것을 공기 습 전지라고 부르고 있다.

공기 습전지는 일차 전지로서 일반적으로 양극에 활성탄, 음극에 아연, 전해액으로 수산화 칼륨이나 수산화 나트륨 또는 염화 암모늄의 수용액이 사용된다.

공기중의 산소를 감극제로 활용하므로 에너지 밀도가 높고 또 용량이 크며 자기 방전이 적기 때문에 무보수로 장기간 사용할 수 있어, 항로 표지나 통신 기기등의 산업용 전원으로 사용되고 있다.

연료전지

연료전지도 일차나 이차전지와 같은 화학전지이다. 두개의 전극과 그 사이에 개재하는 전해질로 구성되어 있다. 음극인 연료극에서 반응물의 산화반응이 일어나 외부 회로에 전자를 공여하고, 양극인 공기극에서는 환원이 일어나서 전자를 받아들인다. 전지 내부에서 생성된 이온은 전하의 캐리어로서 전해액중을 이동한다. 이 반응으로 화학에너지가 전기에너지로 변환된다. 이래서 연료전지는 '반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고, 생성물이 연속적으로 제거되는 화학전지'라고도 말한다. 연료는 수소나 일산화탄소, 산화제는 공기가 일반적이므로, 전극으로서는 다공성의 가스확산 전극이 사용된다.

연료전지는 처음에는 비교적 소출력의 직류전원으로서 자리가 메겨졌으나, 그후 사용 전원이나 열병합 발전으로 생각하게되어, 시스템에 화석 연료의 개질장치, 그밖에 교류에의 전력 변환기와 열 회수계를 추가하게 되었다.

태양 전지의 출력 특성

태양 전지의 출력 특성은 전류-전압 곡선(I-V)으로 나타낸다. 태양 전지에 빛을 쪼이면서 부하를 0에서 무한대로 변화시켜 전류와 전압을 측정하면 I-V 곡선이 얻어진다. I-V 커브상에서 전류와 전압의 적이 최대가 되는 점을 최적 동작점이라 하고, 이 점에서의 전류를 최적 동작 전류, 전압을 최적 동작 전압이라고 한다. 따라서 최대 출력은 I와 V의 적이 된다.

일반적으로 실용되고 있는 시스템에서는, 실제의 동작점과 최적 동작점과는 일치하지 않는 경우가 많다. 태양 전지의 변환 효율은, 입사된 광 에너지 가운데서 얼마 만큼 전기 에너지로 변환되었는가를 나타내는 수치이며, 최대 출력과 입사된 에너지의 비로 표시된다. 또한, 표준 입사광으로서는, 태양광에 유사한 방사 스펙트럼으로 100 mW/cm2의 에너지를 갖는 빛이 사용된다. 예를 들면, 1 cm2의 면적의 태양 전지의 출력이 표준 입사광하에서 10 mW이면, 그 변환 효율은 10%가 되는 셈이다.

음극 흡수식 밀폐형 거치 납 축전지의 미래 전망

일레트로닉스의 진보에 따른 전자 기기의 소형화가 추진되어, 설비 전체의 소형, 경량화가 과제가 되고 있다. 밀페형 전지의 채용으로 30%이상 소형화 되었으나, 전자 기기에 비하면 아직도 불충분하다. 또, 한층 더높은 고성능화도 장래의 과제 이다.

축전지만이 아닌, 설비 전체의 메인트넌스 프리화에 대응하기 위한 시스템으로서의 인텔리전트화가 진행되고 있으므로, 이에 대응하기 위한 전원 설비의 모니터링 시스템을 실용화 하고 있다. 이 모니터링 시스템은 정류기 및 축전기의 상태 감시, 고정 개소의 표시, 축전지 단자 전압의 스캐닝에 의한 이상 유무의 판정을 할 수가 있다. 표시 내용은 전화 회선등의 통신망을 사용하면 온라인의 원격 감시도 가능하고, 모니터링 시스템에 내장되어 있는 메모리 카드를 가져 갈 수가 있으므로, 오프라인 처리도 가능하다.

이와 같은 경향은 더욱더 확대되어 가리라 생각되며, 설비의 소형, 경량화, 고성능, 고효율화 및 정보 통신망을 이용한 매인트넌스 프리화를 위한 인텔리전트화가 발전되어 갈 것으로 생각된다.

카본 리튬 이차전지

리튬 이차전지의 연구개발은 1970년대 초부터 시작되었다고 추정되며, 그후 세계각지의 연구기관에서 치열한 개발 경쟁이 벌어져, 리튬 이차 전지의 이름이 붙은 전지를 세계에 앞서 실용화 하였다.

이 전지는 양극에 할성탄, 음극에 리튬을 흡장시킨 Bi계의 가융합금을 사용한 리튬 이차 전지이다. 처음엔 메모리 백업용 전원에 알맞는 것으로 생각하였으나, 신뢰성에 대한 요구가 극히 엄격하여 충방전 사이클 수명외에 장기간에 걸친 과방전과 충전에 견뎌야 하는 것이 절대 조건이었다. 그 때문에 전해액 조성, 양극의 활성탄 조성, 음극의 합금 조성, 또 음양극 밸런스등 모든것을 처음주터 새로 검토하고 기술적인 과제를 모두 극복하여 상품화하였다.

이 전지를 개발한 당시, 여러 분야에서 대단한 관심을 보이고 상당한 각광을 받아, 각종 전자 기기의 메모리 백업용 전원 으로서 널리 쓰여지게 되었다. 이것을 계기로 리튬 이차 전지의 경쟁이 가속되고, 각 연구 기관의 리튬이차전지의 발표의 방아쇠 역할을 하였다.

단, 이 전지는 이와 같은 빛나는 발자취를 갖고 있음에도 불구하고 특성이 콘덴서와 유사하여 전지로서는 용량이 작기 때문에 현재로서는 수요가 감소되는 경향이다.

거치용 납 축전지의 응용

거치용 납 축전지는, 정전시에 확실하게 작동을 해야하며, 정류기는 부하가 필요로 하는 일정 전압으로 조정하여 부하와 축전지에 양질의 전력을 공급한다. 이 부동 충전 방식에서는 부하의 변동 및 정전시, 축전지에서 전력을 무순단으로 공급하여 부하를 보상할수 있다. 정전이 회복된 후에는 부하에 전력을 공급하면서 축전지를 충전하여 다음의 정전드에 대비한다.

거치용 납 축전지는 여러 용도에 사용되는데, 대표적인 예를 아래와 같다.

1)통신용

2)CVCF(UFS)용

3)조작용 ; 전력 회사, 사업소등의 수변전 설비의 조작에 사용하는 것.

4)비상 조영용

5)기타

A.차량용

B.자립 전원(독립 전원) ;상용 전원 이외의 발전 장치와 조합하여 사용하는 것.

태양 전지의 발전 원리

태양 전지는 반도체와 광 기전력 효과를 이용한 것으로, p형 반도체와 n형 도체를 조합하여 만든다. p형 반도체와 n형 반도체가 접한 부분(pn접합부)에 빛이 들어오면, 빛 에너지에 의해서 반도체 내부에서 마이너스의 전하(전자)와 플러스의 전하(정공)가 발생한다. 발생된 전자와 공은 내부의 전계에 의해서 각각 n형 반도체 측와 p형 반도체 측으로 이동하여, 양쪽의 전극부에 모아진다. 이 양 전극을 도선으로 연결하면 전류가 흐르고, 외부로 전력으로 꺼낼 수 있게 되는 것이다.

음극 흡수식밀폐형 거치 납 축전지의 특성

MSN형의 방전 특징은, 종래의 거치 납 축전지 HS,PS, CS형과 동등 이상의 뛰어난 방전 특성을 갖돌록 설계되어 있다. 

MSN형은 고율 방전일수록 특성의 향상은 현저하고 저율 방전에서도 방전중의 전압이 항상 높다는 등, 현재의 주류를 점하는 정전력 부하에 대해서 매우 유효한 특성을 보이고 있다.

충전시 상온에서의 부동 충전 전압은 2.23~2.25V/셀이 적정치이다. MSN형은 격자에 납-칼슘계 합금을 사용하므로서, 자기 방전량 및 그 산포가 극히 감소되었기 때문에, 균등 충전의 필요는 없고 부동 충전만으로 사용할 수 있다.

예를 들면, 10시간율 용량의 100%를 방전한 경우, 충전 초기의 최대 전류 0.1C A, 충전 전압 2.23V/셀의 조건으로 약 24시간 후의 100%의 충전이 가능하다.

보존에 의한 자기 방전은 종래의 축전지의 1/3~1/6로 감소되어 있어, 보존중의 보충전 주기를 약 3배 정도로 늘일 수 있다.

리튬전지

리튬전지의 양극 활물질로서 여러 원소 가운데서도 가장 강하게 전자를 흡수하는 플루오르를 사용하면, 이른바 극한 전지가 된다고 하는 것은 세계적으로 알려져 있었다. 그러나 플르오르는 가스 상으로는 위험하여, 그대로는 다룰 수 없어 실용화는 어렵다고 되어 있었다.

그런데, 1971년에 플르오르화 흑연의 화학물인 '고체상 플르오르화 흑연'이 화학적으로 극히 안정되어 있으면서도, 유기 전해질속에서의 전지 반응이 뛰어나게 활발한 현상이 발견되었다. 종래, 전지 분야에서는 전지 반응이 활발한 것은 화학적으로 불안정하고, 역으로 화학적으로 안정되어 있는 것은 전지 반응이 늦다는 것이 상식이었으나, 이것을 뒤엎는 발견이었다. 

이 때문에 보존 성능은 극히 신뢰성이 높으며, 또 플르오르화 흑연은 플르오르와 흑연이 1:1의 비율로 화합이 된 것으로, 고체 화학물 가운데서는 중량당의 이론 전기 용량이 최대이며, 또 방전 반응에 의해서 플르오르화 흑연이 도전성의 탄소로 변해가기 때문에, 방전시의 전압 저하를 가져오지 않고 평탄한 전압 특성이 얻어진다. 이렇게 해서 100년간의 전지의 역사를 통하여 새로운, 고에너지 전지 '플르오르화 흑연, 리튬전지'가 탄생한 것이다. 

단추형 공기전지의 용도와 제품규격

이 전지의 용도는 처음에는 보청기뿐이었으나, 요즈음은 장기 방전 특성의 개량과 사이즈 개발에 의해서 의료기나 페이저에 사용하게 되었다. 보청기용으로 여러 사이즈와 용량의 전지가 개발되고 거기에 팩 전지까지 확대되었다.

이와 같이 공기 전지는 전기 용량이 매우 크다는 특징이 있는 반면에 장 기간의 방전 또는 개봉후 보존에 약하다는 단점을 가지고 있다. 그러나 이 문제의 해결을 위해서, 근년 각 방면에서 검토되고 있는 산소 선택형 투과막등이 개발되면 더욱 용도의 확대가 기대되는 전지이다.

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