Storage Battery, Secondary Battery   축전지, 축전기, 이차 전지, 2차 전지

(2023-06-11)

Lead Acid Battery, 납 축전지, 리튬 2차 전지, 리튬 이온 전지, 리튬 배터리, 니켈 카드뮴 전지


1. 축전지 (Storage Battery)

  ㅇ 2차 전지(Secondary Battery)라고도 함 
     - 전기에너지화학에너지로 저장하여 보존

  ㅇ 특징
     - 충전,방전에 의한 화학변화가 가역적임
        . 충전(charge)과 방전(discharge)이 가능하고,
        . 이를 반복적으로 재사용할 수 있음


2. 축전지의 종류전해액이 `수용액`인 경우
     - 납 축전지 (Lead Storage Battery, Lead Acid Battery)
        . 1859년 발명. 160년 이상 자동차배터리로 쓰여왔음.
     - 니켈계 축전지 (Nickel-based Battery)
        . (전해질로써, 염기성인 수산화칼륨 용액을 쓰는 알칼리 축전지)
        . (양극 활물질로, 산화 수산화니켈을 사용)
        . 니켈 카드뮴 전지
        . 니켈 아연 전지
        . 니켈 수소 전지
     - 알칼리 축전지 (Alkaline Storage Battery)
        . 전해액 : 알칼리 수용액전해액이 `유기 용매`인 경우
     - 리튬 이온 전지


3. 납 축전지, 연 축전지 (Lead Storage Battery, Lead Acid Battery)전해액          : 황산 수용액 (H2SO4)
     - 전해질(이온 도전체) 내부를 이온이 흘러다님
  ㅇ 음극 (애노드)   : 납 안티몬 합금 전극환원제활물질(겔 모양의 납 분말)로 채워짐
  ㅇ 양극 (캐소드)   : 산화제활물질(겔 모양의 이산화납 PbO2)로 채워짐
  ㅇ 분리막          : 음극과 양극을 분리/대치시키는 격막 구조
  ㅇ 충전/방전 반응  : 활물질전해질 사이의 계면에서 진행됨
  ㅇ 충전/방전 횟수  : 대략 500회 정도 가능
  ㅇ 기전력 (1개 셀) : 약 2.05 V (높은편)
     - (자동차용) 셀 6개가 직렬 연결되어, 전체 기전력은 12~13 V 정도


4. 니켈 카드뮴 축전지 (Nickel–cadmium Battery)전해액 : 수산화칼륨 수용액 (KOH)
  ㅇ 음극(애노드)   : 철(Fe) 가루,카드뮴(Cd) 가루의 혼합물
     -  Cd → Cd2+ + 2e-
  ㅇ 양극(캐소드)   : 니켈 산화물 (Ni3+)
     -  Ni3+ + e- → Ni2+기전력         : 약 1.2 V (낮은편)
  ㅇ 모양(형태)     : 보통의 건전지 처럼 밀봉형


5. 리튬 이온 전지 (Lithium-ion Battery) 전해액 : 용매로써 물을 사용하지 않음 (유기 용매) (비 수용액)
  ㅇ 음극(애노드)   : 탄소 흑연 음극재가 주로 쓰여지고 있는 편임 (단점 : 부피의 절반 이상 차지)
     - (리튬리튬 알루미늄탄소 → 주석 or 실리콘리튬)
  ㅇ 양극(캐소드)   : 금속 소재 조합 (리튬 합금) 사용 
     - (리튬 이황화 타이타늄 → 리튬 코발트 산화물 →
        NCM : 니켈 코발트 망간, NCA : 니켈 코발트 알루미늄리튬인산철,리튬망간인산철 
        → 리튬바나듐인산)
  ㅇ 특징 
     - 가볍고, 충전 효율이 높아 대량의 에너지 저장 가능
        . 기존 배터리 대비하여, 부피,무게가 1/2이고, 에너지 용량이 2배 정도
     - 반응성 높음
     - 유기 용매이기 때문에, 이상 발열,이상 발화 등 가능

  ※ (개발자) 스탠리 휘팀엄,존 굿이너프,요시노 아키라 (2019년 노벨 화학상)

전지
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