맹그러 (Maker)

원문: http://nwavguy.blogspot.com/2011/02/headphone-impedance-explained.html

서론: 헤드폰 임피던스와 여러 기기들의 헤드폰 구동 원리에 대한 많은 오해들이 존재합니다. 몇가지 오해소지가 있는 내용을 소개 합니다.

#1) 높은 임피던스를 가지는 헤드폰은 구동하기 어렵다. -> NO

기기의 관점에서 보자면, 높은 임피던스는 구동하기 더 용이함. 하지만 어떤 기기들에서는 음량 확보가 어렵다는 점이 문제이기도 함

#2) 임피던스가 낮을수록 더 좋다. -> 그럴수도 아닐수도 있음

높은 임피던스를 가지는 헤드폰들은 몇가지의 장점을 가지고 있으며, 이것은 바로 몇몇 제조사들이 몇가지 다른 임피던스를 가지는 똑같은 종류의 헤드폰을 유통시키는 이유이기도 하다. (ex, Etymotic Research社의 ER-4P나 ER-4S 처럼) 그 이외의 사항은 동일하며, 더 높은 임피던스를 가지는 헤드폰은 대개 더 음질이 좋지만 어떤 기기로는 충분한 음량 확보가 불가능 할 수도 있다.

#3) 헤드폰을 독립적인 헤드폰 앰프로 구동하면 언제나 음질이 좋다. -> NO

$80 이하의 휴대용 헤드폰은 대부분 헤드폰 앰프가 아니라 아이팟같은 통상적인 기기로 구동되도록 설계되어 있다. 따라서 앰프의 사용은 제조사가 의도한 소리와는 상이한 결과를 야기할 수도 있고. 또한 앰프는 그 자체에서 잡음을 느낄만한 수준으로 증폭시킨다던가, 혹은 저음량에서 비균형적인 음을 발생시킨다던가 하는 문제를 발생시킬 수도 있다.

#4) 낮은 임피던스는 높은 임피던스보다 항상 소리가 크다. -> NO

헤드폰의 음량을 결정짓는 가장 큰 요소는, 임피던스가 아니고 헤드폰 자체의 음압 감도(효율)다. 아이팟같은 통상의 기기에서 저 임피던스의 헤드폰보다 더 큰 음량을 낼 수 있는 고 임피던스의 헤드폰들도 많이 존재하며, 출력 고 임피던스의 기기는 저 임피던스의 헤드폰을 충분한 음량으로 구동시킬 수 없는 경우가 발생하기도 한다.

#5) 임피던스와 저항은 같다. (32옴은 언제나 32옴이다) -> NO

직류(DC)에서 측정되고 단 하나의 값만을 가지는 저항과는 달리, 임피던스는 각기 다른 주파수의 교류 측정치이다. 거의 모든 헤드폰은 주파수에 따라 임피던스가 변동하므로, 공칭 임피던스가 32옴 이라 할 지라도, 실제적인 임피던스 값은 넓은 범위에 걸쳐 큰 폭으로 달라지게 됩니다. 또한 통상의 멀티미터는 임피던스가 아닌, 직류 저항값밖에 측정 할 수 없다는 점을 잊어서는 안된다.

#6) 헤드폰 구입시 고려 할 점 -> 임피던스 와 음압 감도

공칭 음압 감도와 임피던스값을 눈여겨 볼 필요가 있다. 음압 감도가 100 dB/mW 혹은 이상, 임피던스가 16 ~ 64옴 사이라면, 앰프나 헤드폰 DAC이 없이도 아이팟이나 PC같은 통상적인 기기에 대개 잘 맞는다. 만일 아주 높은 음량을 필요로 한다면 더 높은 음압 감도나 혹은 더 낮은 임피던스를 가지는 헤드폰을 찾아봐야 한다.

#7) 기기의 출력 임피던스 -> 1~10옴

다른 수치 못지 않게 중요한 지만 유감스럽게도, 이는 스펙이나 사용기에서는 찾아 볼 수 없는 값 니다. 최근에 유통되는 대부분의 휴대용 음향 기기는 1~10옴 사이의 출력 임피던스를 가지고 있으며, 이는 대부분의 헤드폰에서 가청적인 문제를 발생시킬 정도는 아니다. 또한 중저가형 헤드폰 제조사들은 이러한 출력 임피던스값에 잘 정합하도록 제품을 설계한다.

#8) 높은 출력 임피던스는 문제를 야기할 수 있다 -> YES

PC, 노트북, 휴대 전화, 저가의 음향 인터페이스 (Behringer UCA202 와 UCA222 등), 저가의 가정용 오디오 등의 기기들은 10~300옴 사이의 높은 출력 임피던스를 가지고 있다. 출력 임피던스가 높을수록 헤드폰은 기기와 상호 작용하며, 대부분 않좋은 방향으로 소리가 변질 된다. 그리고 높은 출력 임피던스를 가지는 기기는 낮은 임피던스(16~32옴)를 가지는 헤드폰을 충분한 음량으로 구동시키지 못 할 수도 있다.

#9) 구동기기의 규격 -> 낮은 출력임피던스 & 고출력

헤드폰은 사용하실 동일 기기로 구동된 사용기를 찾아보거나, 혹은 새로운 휴대용 음향 기기나 소스를 찾는다면- 낮은 출력 임피던스와 높은 출력을 가진 제품을 찾아보길 권한다. 만일 추가적인 앰프나 DAC를 구입할 생각이 없는 상태에서 고가의 음향 애호가 헤드폰을 구입하려 한다면, 현 환경에서 원활히 구동이 가능한지 사용기들을 읽고 확인 해 보길 바란다.

#10) 기기의 관점 에서 헤드폰 임피던스 -> 높을 수록 좋지만 다 좋은 것은 아니다.

구동하는 기기의 관점에서 보자면 헤드폰의 임피던스가 높을 수록 구동이 용이하다. 이는 높은 임피던스는 소요 전류가 적으므로 구동시키는 기기에 부하를 적게 인가하기 때문이다.

어떤 기기들은 고 임피던스의 헤드폰을 충분한 음량으로 구동하기 이전 부터 최대 출력에 도달하게 될때 까지 왜곡(클리핑) 된다. 이는 특정 기기가 청취자의 만족할 만한 음량을 헤드폰에 확보하지 못 했을 때 발생 된다. 가령 기기가 한계에 도달하기 전에 충분한 음량을 확보할 수 있다면, 고 임피던스의 헤드폰은 좋은 음질에 결과로 나온다.

고 임피던스가 보장하는 '이익'이라는 것은, 기기 출력 임피던스에 적은 영향으로 소리 자체의 원형유지와 동시에, 구동 기기에 적은 부하를 인가하여 기기로부터 발생하는 왜곡 성분의 감쇄로 보면 되겠다.

#11) 임피던스는 가변적이다

거의 모든 수동형 (자체적인 구동 회로가 없는) 헤드폰은 주파수에 따라 가변적인 임피던스를 가진다. 그리고 이는 "반동적(reactive)" 부하, 즉 통상의 음향 신호에 단순한 저항으로서 작용하지 않는 부하라는 뜻이다. 아래 그래프의 황색선은 Ultimate Ears Super.Fi 5 Pro 의 임피던스를 나타낸다:




위 그래프 에서, 1kHz 이상에서는 90옴에 육박하다가도 10kHz 이상에서는 10옴보다 적어지는 임피던스의 변동을 확인하실 수 있다. 이건 아주 큰 폭의 변동이라고 할 수 있고. Super.Fi 5 Pro의 공칭 임피던스값은 21옴인데, 이는 200Hz 이하에서만 적용되는 이야기이다. 상기 측정치는 dScope audio analyzer로 측정되었으며, 꽤 정확한 수치이다.

그리고 백색선은 위상 천이의 규모를 각도로 나타낸다. 단순한 저항은 위상 천이를 가지지 않지만, 헤드폰같은 반동적인 부하는 위상 성분을 내포하고 있고. 위상 천이의 규모가 클 수록 더 반동적이게 되며, 이는 통상의 헤드폰 출력단을 통한 원활한 구동이 점점 어려워짐을 의미한다. (참고: 위상각 읽는 법)

그러면 Super.Fi 가 저질인 것인지? 전혀 그렇지 않다. 아주 소리가 좋다고들 하고. Super.Fi는 자체적인 특성 상, 임피던스와 위상 변동의 규모가 더욱 큰 밸런스드 아마츄어를 채택하고 있다는 점이 특징이다. (참고: 다중 발음체로 인한 크로스오버 회로의 개입 역시 임피던스 변동의 폭을 더욱 심화시킨다) 이 뜻은 구동 기기의 특성에 따라서 Super.Fi의 소리가 다른 헤드폰보다 변화의 폭이 크다는 것을 의미한다.

구동 기기가 달라짐에 따라, 각각의 헤드폰 출력단은 변동의 폭이 큰 임피던스에 서로 다르게 반응한다. 가령 헤드폰 출력단의 출력 임피던스가 높다면, 낮은 임피던스를 가지는 헤드폰에서 소리를 왜곡시키는 선형 왜곡을 발생시키게 된다. 나아가서 출력 전압을 너무 잡아먹은 나머지 충분한 음량을 확보하지 못하게 될 수도 있고. 통상적으로 휴대용 건전지를 채용하는 기기들이나 노트북 컴퓨터는 16 ~ 32옴 사이의 헤드폰을 구동시키도록 설계되어 있지만, 64옴 정도도 큰 문제는 없을 것이다.

그리고 특정 헤드폰의 경우에는 높은 임피던스가 기타 요소를 조절 할 필요성을 제거하여 더 나은 소리를 보장한다고도 할 수 있다. (참고: 정전류 구동) 그러나 이는 헤드폰을 충분한 음량으로 구동할 수 있는 기기를 보유 한 경우에만 한정되고. 자주 언급되는 "낮은 임피던스가 좋다" 같은 간단한 답변은 존재하지 않는다고 여기면 된다.

#12) 독립된 헤드폰 앰프나 DAC는 별 쓸모가 없을지도

대부분 중저가 헤드폰의 음 은 헤드폰 앰프가 아닌, 평범한 출력 임피던스를 가지는 통상의 기기로 구동될 때 가장 좋은 소리가 나도록 설계된다. 만일 이런 헤드폰이 아주 낮은 출력 임피던스를 가지는 독립된 헤드폰 앰프로 구동된다면 제조사에서 의도하지 않은 쪽으로 주파수 특성이 바뀔 수가 있고. 이러한 음향적 변화는 청취자의 기호에 따라 호불호가 크게 갈리게 된다. 그러므로 '헤드폰 앰프는 언제나 최고의 소리를 들려준다'는 주장은 전혀 이치에 맞지 않다고 할 수 있겠다.

어떤 기기들은, 충분한 출력, 낮은 출력 임피던스, 낮은 왜율, 그리고 평탄한 주파수 특성 등을 가지는, 그러니까 이미 잘 설계된 헤드폰 출력단을 가지고 있기도 하다. 이러한 기기에 헤드폰 앰프를 부가적으로 물린다는 것은 돈낭비이자 일을 괜히 복잡하게 만드는 것이라고 보면 된다. 음질을 저하 시킬 수도 있으니 말이다. 헤드폰 앰프는 마법적 알약이 아니다. 분명 헤드폰 앰프는 몇가지 문제를 해결 해 줄 수는 있으나, 새로운 문제를 쉬이 개입시키거나 혹은 아무런 이득이 없을 수도 있다.

#13) 임피던스는 직류 저항과는 아주 다르다

전기 용어 상에서 저항은 "R"로 표기되는 반면, 임피던스는 "Z"로 표기된다. 그리고 통상의 디지털 멀티미터로는 이 둘 중에서 직류 저항, 혹은 "R" 값을 측정할 수 있고. 이 값은 헤드폰같은 반동적 부하가 가지는 교류 임피던스와는 전혀 다른 개념이며, 직류 저항은 거의 언제나 실제적인 교류 임피던스보다 낮고. 어떤 디지털 멀티미터는 직류 전류로 헤드폰을 고장내기도 한다. 그러나 이 불확실한 직류값을 임피던스라고 우기는 것도 엉터리라고 무시 할 수는 없다.

#14) RMAA 예시

아래의 결과는, 출력 임피던스를 무시한 상태의 헤드폰 임피던스 반응성 및 RMAA의 취약점을 보여준다. 일단 전체적인 RMAA 결과를 보자~




HP TouchSmart 310 PC 헤드폰 출력단의 측정값이며, 상대적으로 높은 출력 임피던스(대략 77옴)를 가집니다. 

첫째 열은 15옴의 순수한 저항 부하를 통한 측정값이다. 제법 나쁘지 않다.

두번째 열은 Ultimate Ears Super.Fi 5 Pro를 장착시킨 결과이다. (상기 임피던스 그래프 참조) 엄청난 주파수 응답 특성과 왜율이 아닐 수 없다! 이 결과는 기기 자체의 출력 임피던스와 Super.Fi의 심하게 요동치는 임피던스 특성 간의 상호 작용과 더불어, RMAA 결과 출력의 특성 상 나타나는 문제이기도 하다.

세번째 열은, 소니 MDR-EX76, 그러니까 좀 더 평범한 헤드폰을 장착시킨 결과이 다. EX76을 장착 시켰을 때와 단순 저항을 서로 비교 해 보면:




별로 커다란 편차를 보이지는 않으나, EX76은 분명 기기 쪽의 주파수 특성을 변화시킵니다. 이상적인 헤드폰 출력단 이라면, 이런 일은 일어나지 않지만 소숫점 이하 dB 수준의 변화이므로, 딱히 가청될만한 수준은 아니라고 봐도 무방하겠다.

#15) 귓속의 음압 레벨  특정 음향 주파수에서 고막에 전달되는 음압 레벨은 두가지 요소에 의존 한다:
    1) 해당 주파수에서의 헤드폰 자체 음압 감도 (대개 mW 당 dB SPL로 표기)
    2) 해당 주파수에서 헤드폰에 전달되는 힘의 규모 (대개 mW로 표기)

이상적인 앰프는 0의 출력 임피던스를 가진다. 그리고 이는 부하에 관계 없이 일정한 전압을 출력하며, 그 전압은 전체 가청 주파수 대역에 걸쳐 동일하게 유지된다는 뜻이기도 하다. 대부분의 질 좋은 헤드폰 앰프는 이러한 목표에 최대한 가깝도록 설계되어 있으나, 실제 뽑아낼 수 있는 전압의 규모는 한계가 있다. 예를 들어, 어떤 헤드폰 앰프가 왜곡없이 0.5 Vrms (1.41 Vp-p)의 최대 출력을 가진다고 가정 해 보자. 여기서 여러 임피던스로 전달되는 힘(power)을 계산 할 수 있다.

Power 계산: P = V^2 / Z

따라서 특정 주파수에서 32옴을 가지는 헤드폰의 경우:
( 0.5 V * 0.5 V ) / 32옴 = 7.8 mW

그렇다면 16옴을 가지는 헤드폰의 경우엔 두배의 힘을 가진다고 생각할 수 있다:
( 0.5 V * 0.5 V ) / 16옴 = 15.6 mW

그리고 250옴의 경우라면:
(0.5 V * 0.5 V) / 250옴 = 1 mW

#16) 음압 감도 계산

dB 계산으로 들어가게 되면, 대수값을 다루므로 제법 복잡해진다. 하지만 음량이 3dB 증가하게 되면 힘은 그 두배가 소요된다는 점만 기억해도 좋을 듯 하다. 다시 말해, 헤드폰 음압 감도의 3dB 상승은 소요되는 힘은 그 절반이 된다고 할 수 있겠다.

예제: 각 음압 감도 100 dB/mW 와 103 dB/mW 를 가지는 두개의 헤드폰이 있다. 후자가 좀 더 효율적(참고: 음압 감도가 높음)이므로, 똑같은 음량을 뽑아주려면 전자의 경우는 힘이 두배, 혹은 2 mW 인가되어야 한다.

좀 더 과격한 예제: 음압 감도 100 dB/mW 헤드폰과, 최고급이나 효율이 91 dB/mW 밖에 안되는 헤드폰이 있다고 치면, 동일한 음량을 내려면 후자는 16배의 힘이 더 필요하게 된다.(믿거나 말거나~)

헤드폰 임피던스에 인가되는 힘과 음압 감도를 알면, 아래의 공식으로 dB SPL 출력을 알아낼 수 있습니다: 감도 + ( 10 * ( log ( P ) ) )

32옴 예제: 32옴 짜리에 103 dB/mW 를 가지는 헤드폰이 이상적인 앰프에 물려지면:
103 dB/mW + ( 10 * ( log ( 7.8 mW ) ) ) = 111.9 dB SPL

250옴 예제: 112 dB 정도라면 대부분의 청취자들에겐 충분한 음량입니다. 그치만 250옴이라면? 1mW 밖에 인가되지 않겠지요.
103 dB/mW + ( 10 * ( log ( 1 mW ) ) ) = 103 dB SPL

음악은 사인파가 아니기 때문에, 최대 103 dB 은 그다지 충분하다고 볼 수 없다.

#17) 최대 dBSPL

음량 조절부를 올리다보면, 어느 순간 헤드폰이 음향 신호를 압축하기 시작한다. 따라서 힘의 3dB 증폭이 3dB 음압 상승을 보장한다고 할 수는 없고. 한 2dB 정도 상승한다. 그리고 얼마 안가서 헤드폰은 한계에 다다르게 되고. 이 압축은 서서히, 혹은 갑작스레 발생 할 수도 있다. 이 한계는 헤드폰에 따라서 다르며, '헤드폰 자체의 최대 출력'을 더욱 복잡하게 만드는 요소이기도 하다.

#18) 실제적인 출력

그렇다면 통상적인, 예를 들면 아이팟 같은 기기는 얼마만큼의 전압 (그리고 힘) 을 뽑을 수 있는 걸까? 아이팟 터치 3세대같은 경우엔, 1% THD 및 클리핑이 나타나기 직전까지 대략 0.5 V를 출력합니다. 그럼 32옴짜리 헤드폰에는:
( 0.5 V * 0.5 V ) / 32옴 = 7.8 mW

독립된 헤드폰 앰프는 대개 1.5 Vrms (16옴에서 140 mW), 혹은 그 이상을 뽑아낼 수 있다. 그리고 이러한 큰 출력은 효율이 떨어지는 높은 임피던스를 가지는 헤드폰을 구동하는데는 필요하지만, 효율이 좋고 임피던스가 낮은 헤드폰에는 너무 과하다고 볼 수 있다.

#19) 출력 임피던스의 역할

상기 계산은 앰프가 '이상적'인 경우, 즉 출력 임피던스를 0로 가정한 결과이다. 그렇다면 만약 출력단의 출력 임피던스가 5~250옴 정도 된다면 어떨까? 출력 전압은 부하 임피던스에 따라 감쇄된다.

직류 저항은 "R"로 표기되는 반면, 교류 임피던스는 대개 "Z"로서 표기됩니다. 둘 다 '옴'을 단위로 씁니다만, AC 임피던스는 복잡하거나 부하의 비선형적인 부분을 표현하는 복소수 성분을 포함한다. 이를 구하려면 아래의 공식을 사용하거나 이쪽의 온라인 계산기를 이용하는 방법이 있다.
Z = ( Rload * ( Vnoload - Vload ) ) / Vload

아이팟 터치 3세대의 출력단은 4.1옴 정도의 제법 낮은 출력 임피던스를 가지고 있습니다. 여기에 1 kHz 에서 16옴을 가지는 헤드폰을 연결하면 출력은 0.398 V가 된다. 

이상적인 앰프라면:
( 0.5 V * 0.5 V ) / 16옴 = 15.6 mW

아이팟의 경우:
( 0.398 V * 0.398 V ) / 16 = 9.9 mW 즉 이상적인 앰프의 그것보다 37% 적은 출력을 뽑아낸다.

#20) 아이팟의 주파수 편차

그렇다면 상기 RMAA 측정치에 나타난 Super.Fi 는 어떻게 된 것일까?
Super.Fi 의 최저 임피던스값인 9옴에서의 인가 전압: 0.344 V
Super.Fi 의 최대 임피던스값인 85옴에서의 인가 전압: 0.477 V

힘 대 전압의 비율이라면, dB SPL을 구하는 공식은 20 * log ( 비율 ) 이므로:
20 * log ( 0.477 V / 0.344 V ) = 2.8 dB 의 차이

따라서 출력 임피던스가 0인 이상적인 앰프와 비교해서, 아이팟은 2.8 dB (혹은 +/- 1.4 dB) 의 주파수 응답 "오류" (혹은 편차) 를 발생시키게 된다. 큰 오류라고까지 할 만한 정도는 아니지만, 이 정도라면 가청이 될 수도 있고. 통상의 다이나믹 헤드폰의 경우엔 이 편차는 훨씬 적어진다.

#21) 스테레오 리시버의 주파수 편차

대개 (낡고 저렴한) 스테레오 리시버, 휴대용 제품, 혹은 라디오 등에서 보면, 헤드폰 출력단을 싸고 간편하게 구성하기 위해 스피커 출력단에 저항 대충 하나 박고 끝내는 경우가 흔합니다. 헤드폰을 날릴 수는 없으므로 대개 250옴, 혹은 그 이상을 채용한다. 그러면 여기에 Super.Fi 를 연결 해 본다:

9옴의 경우: 0.017 V
85옴의 경우: 0.127 V
20 * log ( 0.127 V / 0.017 V ) = 17.5 dB ( or +/- 8.7 dB ) !!!!

이는 아주 큰 편차 (혹은 오류) 이며, Super.Fi의 소리는 설계된 대로와는 영 딴판이라고 할 수 있겠고. 이런 경우엔, 독립된 헤드폰 앰프가 큰 가청적 차이를 만들어 낼 수 있다. 통상의 헤드폰의 경우엔? 대부분의 중저가 이어폰이나 삽입형 헤드폰은 16옴의 공칭 임피던스를 가지며, 그 변화의 폭도 대개 1~2옴 이하다. 아래는 소니 MDR-EX51 이다:




EX51의 임피던스는 전 주파수 대역에 걸쳐 17~18옴 사이이며, 아이팟과 이상적인 앰프 간의 주파수 편차를 비교 해 봐도 거의 차이가 없다. 실제로, 블라인드 실험을 하여도 아무도 차이를 들을 수 없으리라고 장담할 수 있다.

대부분의 휴대용 헤드폰은 16옴 ~ 32옴 정도이므로, 대부분의 기기에 잘 정합 할 것이다. 하지만 최고급, 혹은 전문가용 헤드폰의 경우엔 임피던스가 600옴까지 가기도 하고 몇몇 헤드폰들은 정말 효율이 극히 떨어진다. 이런 경우라면 헤드폰 앰프 없이 휴대용 기기로 제대로 구동한다는 것은 불가능에 가깝다. 하지만 대부분의 효율이 높은 제품들은 심지어 아이팟으로도 충분히 구동 가능할 것이다. 귓청이 터져나가는 음량을 원하지 않는다면~

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사운드 카드를 이용한 오실로스코프 꽤 괜찮은 아이디어로 오래 전 부터 오픈소스로 돌아다니는 아이디어~

포털 검색해 보면 다들 동일한 원작자 URL 링크 https://www.zeitnitz.eu/scope_en 나도 따라서 링크

모양도 이쁘고 단순하고 좋은데, 구형파 또는 사이파 외 일정시간 유지되는 전압은 구조상 측정이 안되는 단점.

그리고 핵심은 프로브 제작이 중요 함. 앱스토어에 이미 스마트 오실로 스코프 앱이 이미 많이도 올라와 있다.

여러개 앱 내려 받아서 설치하고 하나씩 만져봤다. 그냥 프로브 만 만든다. 그것도 위에 회로 그대로 만들지 않아도 된다. 그냥 되는지 궁금증 해소만 하는 차원에서 망가져서 버려지는 프로브 하나 득템, AUX 케이블 잘라서 하나 만들어 봤다.

결론 : 위에 링크 걸린 사이트에 소스로 다시 한번 도전 해봐야 제대로 될 듯 함~

재능기부 : (아이디어 : jhLee), (사진촬영 : MK), (기획 : SJ), (제작&글쓰기 : 떼기)

* 목차 *

태양 전지

기존의 에너지원이 머지 않아 고갈될지 모른다는 불안은, 인류에 있어서 식량문제와 똑같이 중요하고 또한 심각한 문제이다. 이 문제의 해결책으로서 주지하는 바와 같이 핵 에너지의 유효 활용이 검토되어 실용화되고 있으나, 그 안전성이 문제시 되어있다. 또 석유의 고갈이나 국제적인 지구 환경 문제가 클로즈업 되어있다. 그 중에서도 지구 온난화의 문제는, 석유등의 화석 연료의 소비에 의한 탄산 가스의 배출이 주된 원인이라고 말하고 있다. 이와 같은 배경에서, 지금 이상으로 자연 에너지의 유효 활용에 대한 기대가 증대되고 있다.

이런 가운데서, 아직 코스트상의 큰 과제가 남아 있다고는 하지만, 자연 에너지의 유효 활용 수단으로서 태양의 에너지를 직접 전기로 변환하는 태양 전지가 크게 주목되고 있다.

근래, 태양 전지의 실용화를 몇 개의 단계를 밟아 달성하려고 하는 생각이 정착되고 있다. 이것은 태양 전지의 최대 과제인 저 코스트화를 실현하기 위해서는 수요의 확대가 불가결하다는 생각에 의한 것이다. 탁상용 전자 계산기 및 그 밖의 민생용 기기에의 응용은 바로 그 좋은 예라 할 수 있다. 태양 전지는 우리 주변의 민생용 기기의 전원에서, 장래의 대체 에너지 공급원으로 크게 성장할 것임에 틀림없다.

단추형 공기 전지의 구조와 재질

양극부에는 공기극, 발수막 및 확신지등이 위치한다. 이들이 차지하는 체적은 다른 단추형 전지의 양극과 비교해서 작아 음극의 아연을 대량으로 충전할 수 있으므로 같은 체적으로 대용량이 되는 것이다. 공기중의 산소는 양극 케이스 바닥의 공기구멍으로부터 전지안으로 들어오게 하는 확산지 및 발수막을 통하여 공기극에 공급된다. 공기극에서는 기,액,고의 3가지 상계면을 형성하여 기전 반응이 일어난다. 여기에서 확산지는 공기극 전면에 산소를 공급하고 발수막은 공기극에서 전해액이 유출되는 것을 방지하고 있다. 발수막에는 다공성의 풀루오르 수지 필림을 사용하고 있다. 또 양극 케이스 저부의 공기 구멍을 봉하는 실 지를 접착하여 보존중의 전지 성능의 저하를 방지하고 있다.

한편 세퍼레이터와 전해액 및 음극 활물질인 아연은 종래의 알칼리 전지와 같다. 공기극은 촉매층과 촉매층에 압착된 발수막으로 되어있다. 망간 산화물, 활성탄과 결착제를 혼합하여 집전체를 겸한 금속 스크린에 충전하여 촉매층으로 하고 있다. 활성탄 종류, 망간 산화물의 종류, 이들의 혼합 비율에 대해서 많은 검토를 하였다.

단추형 공기전지

1839년 그로브가 2장의 백금 전극을 묽은 황산에 담그고, 각 전극에 산소 및 수소가스를 접촉시키면, 양 전극간에 전류가 흐르는 것을 발견하였다. 이 발견은 오늘날의 공기 전지에 사용되는 공기극의 시작이며 대단히 의미가 깊다. 이미 19세기말부터 20세기초에 걸쳐, 거치형 공기 전지가 개발되어 항로 표지용 전원이나 각종 통신 기기에 사용되어 왔다. 그후 소형 포터블 기기에 사용 가능한 단추형 공기 전지가 세상에 나온 것은 1980년 전후이며 단추형 공기 전지는 비교적 새로운 전지이다. 당초에 단추형 공기 전지는 동일한 사이즈의 수은 전지와 비교해서 전기 용량으로 2배, 전지 중량으로는 약 40% 가볍고, 수은 함유량도 약 1/50로 아주 적다는 등 많은 특징을 가지고 있으므로 보청기용으로 개발되었다. 1986년부터 보청기용을 생산, 판매하고 최근에는 장기 방전특성의 향상 및 대용량 사이즈 개발로 페이저, 의료기용에도 사용되기 시작하고 있다.

수은전지의 용도

수은 전지는 방전 전압의 평탄성이 특히 뛰어난 특징을 살려, 측정 기기의 기준전원이나 카메라의 노출계용 전원으로서 쓰여왔다. 또 소형이면서 대용량이기 때문에 소형 라디오, 무선 마이크 등에도 쓰이나, 그 중에서도 소형 보청기의 전원으로서 중요한 역할을 해왔다.

그러나 환경에 대한 문제와 자원의 유효 활용면에서 사용랴의 약 80%인 보청기용은 전기 용량이 보다 큰, 공기 전지로 대체가 진행되고, 카메라용도 산화은전지나 리큠전지가 그 주류가 되었다.

수은전지의 전지반응

수은전지의 반응식은 아래와 같다.

음극에서의 반응은 Zn + 2OH : ZnO + H2O + 2e-,

양극에서의 반응은 HgO + H2O + 2e- : Hg + 2OH-

전반응식은 Zn + HgO : ZnO + Hg

식에서 분명한 바와 같이, 방전 반응으로 전해액이 소비되지 않기 때문에 전지 내부의 전해액량을 적게 하고, 활물질을 많이 충전할 수가 있다.

수은전지의 재료와 구조

수은전지의 양극합제는 1.35V와 1.4V의 2조류의 조성으로 크게나누어진다. NR 타입의 양극은 산화 제2수은과 흑연에 다시 이산화망간을 가한것이다. 전해법에 의한 산화수은의 겉보기 밀도는, 지금까지 사용해 왔던 건식법 산화수은과 비교해서 약 1.7배인 5.0~5.5g/cm3 이기 때문에, 전지 용적중의 양극 합제의 충전량을 증대시킬 수가 있고 전기용량도 증대한다.

음극 아연은 기상 아토마이즈법으로 제조한 아연 입(입도 100~300um) 을 수은으로 아말감하고 또 CMC를 1~2% 첨가하여 겔상으로 사용한다. 또 아말감화 한, 아연입을 가압하여 다공체의 원통상으로 성형하여 사용하는 경우도 있다. 세퍼레이터는 함액성이 뛰어난 비닐론이나 알파화 펄프를 원료로 하였다.

내 알칼리성의 부직포와 방전시에 발생되는 미립 수은의 투과 방지를 목적으로 한 재료가 사용된다. 전해액은 산화 아연을 포화 가까이 용해한 수산화 칼륨 수용액 (농도 35~40%) 또는 수산화 나트륨 수용액 (농도 30~35%) 이다. 상기 재료는 용도 또는 구조에 따라 재질, 가공 방법이 결정된다.

수은전지

수은전지는 산화 수은을 양극 활물질로 하고, 수산화 칼륨 또는 수산화 나트륨 수용액을 전해액으로 하며, 아연을 음극 활 물질로 사용하고 있다. 1942년 미국의 루벤에 의해 발명되었고, 미국의 PR 말로리 사에 의해서 생산이 시작되었다. 1965년 내쇼날 말로리 전지 (후에 마쓰시다 마이크로 전지로 개칭) 를 설립하여 생산을 본격화하였다. 또 1980년에 전해 산화법에 의한 고밀도 산화수은이 개발되어 수은 전지의 고성능화가 한층 진전되었다. 아연을 음극으로 하는 일차 전지 가운데서도 대단히 높은 에너지 밀도를 가지며, 또 뛰어난 전압 안정성으로 1960~1970년대의 소형 일렉트로닉스 기기의 주요 전원으로서 사용되었다. 그러나 1980년대의 수은의 공해에 대한 이미지 때문에 사용이 억제되었다. 수은 전지의 용도의 80% 이상을 점유한 보청기용 전지의 생산을 1993년 말로 중지하고, 보청기용은 공기 전지로 대체해 갈 것이다. 따라서 1995년말에는 수은 전지의 생산은 전면적으로 중지된다.

산화은 전지의 원리

산화은 전지의 전극 반응은,

양극반응: Ag2O + 2e- : 2Ag + 2OH-

음극반응: Zn + 2OH- : Zn(OH)2 + 2e-

전 반응으로는, Ag2O + Zn + H2O : 2Ag + Zn(OH)2 이 된다.

각각의 표준 전위는

양극 E = 0.345, 음극 E = -1.249V가 된다. 따라서 전지 전압은 1.594V가 된다.

위에서 예를 든 양극 반응은, 산화은 (Ag2O)이 금속 은(Ag) 으로 환원되는 중간 생성물을 갖지 않는 불균일 고상 반응이다. 이것이 방전 전압이 평탄한 이유이다.

산화은 전지의 용도

산화은 전지는 카메라용, 휴대용 전자 계산기의 전원으로서 출발하였다. 그러나 이 분야는 최근의 기기의 회로 기술의 진보에 따라, 다기능화나 저가격화가 이루어져, 리튬 전지나 알칼리 단추형 전지로 대체가 되고 있다. 현재는 시계 바늘이 있는 수정 발진 손목 시계의 전원이 주요한 용도로 되어 있다.

1969년 쿼츠식 손목 시계가 일본에서 개발된 이래, 손목 시계의 주류는 기계식(수동 또는 자동) 에서 수정 발진자와 산화 은 전지와의 조합으로 옮겨져, 1980년 대의 급격한 수요 확대를 거쳐 1990년에는 세계에서 4억개 이상의 산화은 전지를 사용한 손목 시계가 생산되기에 이르렀다.

산화은 전지의 특징은 평탄한 방전 전압과 소형으로 뛰어난 부하 특성을 갖는데 있으며 아날로그 쿼츠 워치의 요구 특성에 매치되는 최적의 전원이다. 현재 전지의 외경이 6.8mm, 두께 2~3mm의 사이즈가 주류이고, 30~40품종의 사이즈가 전개 되어 있다.

산화은전지

산화은 전지는 양극에 산화은, 음극에 아연, 전해액에 수산화 칼륨 또는 수산화 나트륨의 수용액을 사용한 알칼리 전지이다. 산화은 전지의 대부분은 단추형 일차 전지이지만, 일부는 이차 전지도 있다. 또한 양극 재료로 과산화은(AgO)을 사용 한 전지도 일부에서 실용화 되어있다.

알칼리 단추형 전지의 원리

알칼리 단추형 전지의 전극 반응은 알칼리 건전지와 똑같이,

양극반응 2MnO2 + 2H20 + 2e- : 2MnOOH + 2OH-

음극반응 Zn + 2OH- : ZnO + H2O + 2e-

전 반응으로는, 2MnO2 + Zn + H2O : 2MnOOH + ZnO 가 된다.

여기서, 양극의 망간의 4가에서 3가 까지의 반응은 균일 고상반응의 영역이며, 이 때문에 전지의 전압은 방전이 진행됨에 따라 감소한다. 그림 2.9에 양극반응이 불균일 고상반응에서 방전 전압이 평탄하다는 것이 특징인 산화은 전지와 비교한 방전 곡선을 나타내었다. (LR44사이즈 : 외경11.6mm 두께:4mm). 산화은 전지의 특성과 비교하면 성능은 약간 떨어지지만, 가격이 중시되는 용도에는 충분히 대응이 가능하다.

알칼리 단추형 전지

알칼리 단추형 전지는원통형과 같이 양극에 이산화망간,음극에 아연, 전해액에는 수산화 칼륨 등 강알칼리 수용액을 사용한 일차 전지이다. 산화은 전지, 수은 전지와 똑같은 구로조펠릿상 양그과 분말상의 음극이 세로판을 주체로 한 세퍼레이터에 의해 격리되어있다.

미래의 알칼리 건전지

수은 0%화를 실현한 알칼리 건전지는 금후 원재료, 부품, 구조등을 검토하여 보다 고성능화와 전지를 잘못 사용하는 경우에도 누액이 되지 않는 높은 신뢰성을 갖는 전지를 목표로 연구개발을 진행하고 있다. 그렇게 하므로서 수은을 없앤 지구 환경과 사람에 순한 알칼리 건전지의 수요는 더욱더 신장될 것이라고 예상하고 있다.

알칼리 건전지

양극 활물질에 이산화 망간, 음극 활물질에 아연을 사용하는 것은 망간 건지와 똑같으며 전해액에는 수산화 칼륨 수용액을 사용한다. 전해액을 약 산성(망간건전지)에서 이온 전도도가 높은 강알칼리성으로 바꾼다고 하는 발상이, 고성능 전지를 태어나게 한 것이다. 원통형 알칼리 건전지의 구조는 세퍼레이터를 통하여 바깥쪽에 전해 이산화망간과 흑연으로 된 양극 합제, 안쪽에는 겔상 전해액에 아연 분말을 균일하게 분산시킨 겔 음그긍로 되어있어, 망간 건전지에 대하여 인사이드 아우트의 구성으로 되어있다. 세퍼레이터에는 비닐론과 내 알칼리성 섬유의 부직포, 그리고 겔 화제로는 대부분CMC나 폴리아크릴산 나트륨이 쓰이고 있다. 이 전지의 방전 반응은 양극에서는 3가지의 옥시 수산화 망간, 음극에서는 산화 아연이 생성된다.

이전지는 외형상으로 D형에서 N형까지의 원통형과 9V 형으로 분류된다. 망간 건전지와 작동 전압, 전지 사이즈에서 호환성이 있고, 고용량이며 뛰어난 방전성능이 그 특징으로 되어 있어, 고성능 시리즈로서의 자리 매김이 되어 있다. 십수년 전부터 휴대용 계산기나 전자동 카메라에 쓰이기 샂가하여 최근 수 년간에 어린이용 완구의 미니4WD, VTR 카메라, 휴대용 전화기, 액정 TV 등의 정보통신, AV 기기에 쓰여지고 있다. 1993년의 일본의 망간 건전지의 총생산수량은 약 24억개이며, 최근 수 년간 크게 신장되지는 않았으나, 알칼리 건전지는 고율 특성이 좋고, 코스트 퍼포먼스가 뛰어나 생산량은 약 9.4억개로서, 연율 10%씩 증가하고 있다. 원통형 망간 건전지 가운데 알칼리 건전지의 비율(알칼리 전지화율) 은 미국이 약 72%, 유럽이 약 52%강, 일본은 약 29% 달하며, 특히 AA의 알칼리화 율은 높다.

궁극의 성능을 추구한 망간 배터리

망간건전지는 1868년 프랑스의 르클랑셰에 의해서 발명되어 일본에서도 명치시대에 이미 상품화 되었던 역사가 오랜 전지계이고, 현재도 일차 전지 전 생산수량의 약 60%를 점하며, 가장 많이 보급되어 있다. 자원이 풍부하고 값싼 이산화망간을 양극 활물질로 하고 있으므로 비교적 값이 싸며 세계적으로 전지의 치수, 규격이 통일되어 있어 어디서든지 입수할 수 있으며, 오랜 역사속에서 신뢰성을 쌓아온 전지이다.

세계 전체로서는 천연 이산화망간을 사용하는 르클랑셰 타입(염화 암모늄을 주전해질로 하는)이 여전히 주류이지만, 일본 에서는 고품위의 전해 이산화망간을 다량 사용하고 있다. 그러나 고부하, 고용량화용에는 거의가 염화아연을 주전해질로 하고 있다.

이 염화아연형은 특수처리전분을 도포한 크라프트지를 세퍼레이터로 한 페이퍼 라인드 구조를 채용하고, 양극 활물질의 충전량을 높여 고용량화를 기하고 있다. 이전지의 특징은 고부하에서 연속방전 성능이 뛰어나며 전지 밀봉도의 향상으노 내 누액성을 현저히 향상시킨 것으로 보상부 건전지로서 라디오, 카세트, 완구 및 리모콘용 등으로 시판되고 있다.

장래성 풍부한 배터리산업

소형, 경량, 고용량화 전지기술의 진보는 전자기기의 코드리스화를 촉진시키고, 신뢰성의 향상은 정보기기의 백업용도의 전개로 이어져 왔다. 또한 전지는 새로운 에너지원이나 전력저장장치로서, 생활에 없어서는 안돼는 존재가 되어있고, 전지 관련산업은 성숙 기미에 있다고 말하던 것이 해마다 수요가 증대하여 오히려 성장산업으로 변모를 하고 있다.

전지 가운데서도 특히 시장이 급속히 확대되고 있는 것은 밀폐형 니켈카드뮴 축전지나 리튬전지, 알칼리 전지등의 고에너지 밀도형 전지이다. 현재 어떤 형태의 전지든, 에너지 밀도의 향상으로 경량화, 소형화를 달성하려고 하는 개발의 노력이 지속되고있다.

메모리 이펙트

Memory Effect란 충전지중 Ni-Cd 및 Ni-Mh 배터리에 있는 Ni 계열의 특성때문에 배터리가 사용했던 용량만을 기억하여 배터리 수명을 단축시키는 것을 말한다. 특히 자주 충방전하게 되는 가정용 무선전화기의 배터리에 가장 많이 발생한다.

그 이유는 배터리가 100% 용량중에서 10%만 자주 충방전할 경우 배터리가 자기용량을 10% 사용후를 완전방전 상태로 인식하기 때문이며, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 가끔 100% 완전 방전을 실시해야 한다.

니켈로 만든 전지에서는 활물질로 사용된 NiOH에서 OH가 떨어졌다 붙었다 하면서 전하를 전달하는 현상이 바로 충전과 방전이라는 전기적 흐름으로 나타납니다.

여기서 shallow charge-discharge를 반복을 하면, 즉 조금 사용하고 다시 충전하고, 조금 쓰고 또 충전하고 하면 NiOH는 고용체를 형성하게 되는데 이 고용체의 형성은 비 가역적인 반응이므로 한번 고용체가 생성이 되면 다시는 되돌아 가지 못하게 되어 남아있는 용량을 사용하지 못하게 됩니다. 이와같이 전지가 마치 사용할수 있는 용량의 한계를 기억하는 것과 같은 이러한 현상을 메모리효과라고 합니다.

따라서 Ni(니켈)을 포함하고 있는 전지는 만충전(100%충전)하였다가 완전히 바닥이 날때까지 사용(단, 전지가 허용하는 방전하한 상태까지만)하는 것을 반복하는 것이 가장 잘 사용하는 방법입니다.

최신기기용 배터리

Ni-Mh와 리튬이온 배터리가 가장 많이 사용되며, Ni-Mh 배터리는 AA size, 리튬이온 배터리는 pack type으로 제조되어 사용기기 구입시에 같이 판매되고 있다.

리튬이온 배터리만 따로 구입하기 어려운 이유는, 배터리가 안정화되지 않아서 보호회로를 기기와 같이 사용될 수 있도록 조되기 때문이며, 안정화되면 표준 type의 배터리가 생산될 것이다.

납축전지 사용시 주의사항

납축전지의 과방전시 배터리 수명이 급격히 단축되는 특성이 있으므로 자주 충전하는 것이 필요하다. 사용후 빠른 시간내에 재충전하고 장시간 보관시 충전후 보관해야 배터리 수명이 단축되지 않는다.

(충전시 주의점)

2차전지 수명을 길게 하기 위해서는 올바른 전류, 전압에서 충전해야 한다. 가장 바람직한 충전조건은 용량의 1/20 이다. 또 가능하면 과충전을 안하는 것도 좋다. 시중에 있는 급속 충전기류는 배터리 수명을 단축시키는 점이 있다.

Ni-Mh 배터리

Li-ion 전지의 전단계로 전압은 1.2V이다. Ni-Cd 보다 2배 이상의 용량을 갖고 있으나 점차적으로 Li-ion 으로 대체되어 그 수요가 줄어들 것으로 예상된다. 현재는 디지탈 카메라, 노트북, 캠코더 등에 많이 사용되고 있다.

1, 2차 전지의 cross 사용

우선 1차전지와 2차전지 간의 전압차를 고려해야 한다. 주로 알카라인이나 망간전지는 1.5V 이고 Ni-Cd 또는 Ni-Mh 는 1.2V 이므로 같은 조건에서 1차전지의 수명이 더 기나 일회용이며 2차전지는 자주 충전을 해야하나 약 500 회의 충전 사용이 가능하므로 사용자가 application 등을 고려 선택해야 한다.

2차전지의 재사용 횟수

대략 500회 정도이며 1일 1회 충방전시 1년 정도 사용한다. 점차적으로 수명이 줄어든다. 1차전지를 충전하여 사용하면 application 고장의 원인이 된다.

납축전지의 이용

납축전지는 자동차용 배터리로 가장 많이 사용되며, 과방전시 배터리 수명이 단축된다, 자동차용 배터리의 경우 재충전이 안되면 배터리를 새로 구입해야하는 경우가 흔히 있다.

리튬이온(Li-ion) 배터리

기존에 충전이 안되는 전지를 1차전지, 충전이 가능한 전지는 2차전지라고 부릅니다. 2차전지에는 흔히들 많이 사용되는 것이 니카드전지입니다. Ni-Cd (니카드=니켈카드뮴), Ni-Mh (니켈메탈하이드라이드)전지등은 공통적으로 니켈이 포함됩니다.

이러한 전지는 메모리 효과를 가집니다. 리튬이온 전지는 리튬산화물질로 + 극을 만들고, 탄소로 - 극을 만든다고 합니다. 휴대폰을 사용하기 시작하면 + 극의 리튬이온이 중간의 물질을 지나서 - 극의 탄소격자속으로 들어 간다고 합니다. 이때, 극판에 손실이 거의 없기 때문에 장수명 특성을 가진다고 합니다.

휴대폰, 캠코더, 노트북, 디지털카메라 등에 널리 사용되는 가장 우수한 성능의 배터리이며 일본산 품질이 가장 우수합니다.

단점은 폭발 위험성이 있어 일반 소비자는 구입하기 어려우며 보호회로가 있는 팩 상태로 유통되는데, 일부 위험성만 개선을 전제로 앞으로 더욱 널리 사용될 것입니다.

Ni-Cd 배터리

가장 널리 사용되는 전지로 주로 소형기기에 사용된다. 전압은 1.2V 이고 단점은 용량이 적다는 것이다. 일본산 품질이 가장 우수하나 가격이 너무 비싸므로 고품질을 제외하고 최근에는 중국(홍콩), 대만 및 동남아산이 널리 사용되고 있다.

리튬폴리머 배터리

리튬폴리머 배터리는 최근 활발히 개발되고 있는 리튬이온 전지를 대신하는 차세대 배터리입니다. 현재 여러 관련 기업들이 연구개발중에 있으며 소수의 기업만이 생산하고 있으며, 다양한 디자인으로 생산가능하다는 이점이 있습니다.

리튬이온전지는 액체로 된 전해액이 들어 있습니다. 문제는 이 전해액은 유기성인데 휘발유보다 더 잘타는 물질입니다. 그래서 폭발의 위험이 있습니다. 리튬폴리머는 바로 이점을 개선한 것입니다. 전해액 대신에 고분자물질로 채워서 안정성(Safety)을 높인 것입니다.

수전지

+극에 염화은과 염화납을, -극에 마그네슘 등을 사용하며 -극 활물질이 물, 해수 등과 반응하는 것을 이용하여 발전하는 전지이다. 건조상태에서는 어떤 화학반응도 일어나지 않으므로 장기간 보존할 수 있다. 사용할 때에는 전해액이 되는 물, 해수 등을 주입하든지 또는 전지를 전해액 속에 담궈 발전한다. 물로 누구든지 평상시 체내에 휴대하고 있는 생리적 전해액으로도 충분히 발전하므로 서바이벌 용도로 이용할 수 있다.

주로 군용이며 해난 구명기기 등 긴급전원 용도에 사용되고 있다.

열전지

+ 극에 크롬산칼슘, - 극에 마그네슘(또는 칼슘), 전해물질로 염화리튬과 염화칼륨의 혼합물을 사용한 전지이다. 전지 내부에 발열제를 장착하고 외부에서 발열제에 점화하면 전해물질이 용해하여 대개 1초 이내의 단시간에 기전력을 일으켜 상당히 큰 에너지를 출력할 수 있다.

온도특성이 우수하여 -50℃에서 +70℃의 온도범위에서 정상적으로 동작하고 저장중에는 발전하지 않기 때문에 자기방전이 전혀 없으며, 오랜 세월 보존해도 열화가 작으며 구조상 진동이나 충격에 강한 것 등 우수한 특성을 가지고 있다. 단, 방전지속시간이 극히 짧고 몇 분 내에 모두 소모되므로 용도는 제한된다. 비상장치, 방재장치의 구동전원, 로켓 전원, 제트기의 긴급탈출장치 전원 등에 사용되고 있다. 무게는 500g 정도이며 단1형 건전지를 덮개 둘레 정도로 크게 한 원통형 열 전지로서 1소자가 20 내지 30V의 높은 기전력을 발생하고 4A의 연속전류를 출력할 수 있다.

미래의 축전지

현재 개발중인 축전지중 비교적 가까운 시기에 실용화가 예상되는 것으로 염소계 축전지, 취소계 축전지, 나트륨유황 축전지 등이 있다. 이들 축전지는 기전력은 2V 정도이지만 모두 에너지 밀도가 상당히 높으며 동일 용적의 납축전지와 비교해 이론상 3~6배라고 한다. 현시점에서는 수명이 짧고 성능이 들쭉날쭉하며 가격이 비싼 것이 제품화의 애로점이지만 머지않아 해결되어 상품화될지도 모른다.

놀랄 만한 것은 금속을 사용하지 않는 전지도 시판되고 있다는 사실이다. 플라스틱 전지로 불리는 이 전지는 케이스는 물론이고 내부의 전극극판까지 전부 플라스틱이다. 플라스틱과 같은 절연물질에 왜 전위차가 생기는지 정말 이상하지만, 특수한 공정을 거쳐 이온을 혼합시킨 것으로서 동이나 은보다도 한층 통전하기 쉬운 플라스틱이 만들어지고 있으므로 화학의 마술은 놀라울 뿐이다.

환경오염과 아이언배터리 개발 필요성

휴대용 전자제품에 사용되는 배터리는 중요한 동력원임에도 불구하고, 폐기시 중금속 오염을 일으키는 점이 문제가 되었다. 그리고, 충전용 배터리가 1차전지보다는 환경오염이 덜하다고는 하지만, 근본적인 문제를 해결하지는 못했다.

배터리 사용이 급증하고 있는 상황에서 환경오염의 심각성을 인식하여 아이언(철)배터리가 개발되었다. 아이언배터리는 전지에 함유된 독금속성을 줄이고 사용기간을 늘려 환경오염을 최소화 시킨다. 기존 알카라인전지에 비하여 에너지 효율도 50% 정도 높고 전기에너지 저장능력이 뛰어나다.

이러한 중금속 오염을 최소화하고 성능면에서도 우수한 아이언배터리가 알카라인전지를 상당부분 대체될 것으로 전망하며, 또한 기술관계자들은 충전지의 대안으로도 적합하다고 한다.

------------------------------------------------③ 끝-That's All-------------------------------------------------