리튬 배터리의 전압의 세기는 무엇으로 결정되나요?
리튬 배터리의 전압의 세기는 무엇으로 결정되는지 궁금합니다
예를들어 음극재 양극재의 표면적의 크기에 따라
전압이 달라지나요?
아니면 내부에서 직렬연결을 해 놓은건지…
그리고 용량에 대해서도 궁금해요
안녕하세요. 장용석 과학전문가입니다.
공칭 전압은 전지 구성 부 재료 인 양극 활물질과 음극 활물질의 종류와 내부 저항에 의해 크게 변화 합니다.
즉, 활물질의 종류로 전압이 결정됩니다.
일반적으로 리튬이 들어간 배터리계열은 3.7볼트 수준의 공칭전압을 나타냅니다.
전압을 높이려면 배터리를 직렬로 연결하면 배수로 늘어납니다.
배터리의 용량은 배터리 양쪽 극에서 전자를 얼마나 많이 가지고 있느냐에 따라 달라집니다. 배터리 극의 면적이 커지면 용량이 늘어나게 됩니다. 혹은 동일한 배터리를 여러개 늘려서 병렬로 구성할 수록 용량이 많아집니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
리튬 배터리의 전압은 양극재와 음극재의 종류 및 조성에 의해 주로 결정됩니다. 마치 각기 다른 금속이 서로 다른 전압을 갖는 것처럼, 양극재와 음극재의 종류에 따라 생성되는 전압이 달라지는 것입니다.
음극재와 양극재의 표면적은 배터리의 용량에 더 큰 영향을 미칩니다. 표면적이 넓을수록 더 많은 리튬 이온이 이동할 수 있어 용량이 커지게 됩니다. 하지만 표면적이 전압에 직접적인 영향을 미치는 것은 아닙니다.
내부 직렬 연결은 배터리 팩에서 사용되는 방식입니다. 여러 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하면 전체 전압을 높일 수 있습니다. 하지만 개별 셀의 전압은 여전히 양극재와 음극재의 종류에 의해 결정됩니다.
용량은 배터리가 저장할 수 있는 전기 에너지의 양을 의미합니다. 용량은 음극재와 양극재의 표면적, 활물질의 양, 전해질의 종류 등 다양한 요소에 의해 결정됩니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.리튬 배터리의 전압은 음극과 양극재 사이에 존재하는 전위차이에 의해 결정됩니다. 이 전위차이는 음극과 양극재의 화학적 성질과 전해질 용액의 성질에 영향을 받습니다. 따라서 음극과 양극재의 표면적이나 내부에서의 직렬 연결은 전압의 크기에는 직접적인 영향을 미치지 않습니다. 용량은 배터리 내부에 저장된 전하의 양을 나타내며, 배터리의 크기와 내부 구성 등에 의해 결정됩니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.안녕하세요. 과학전문가입니다.
전압(전위)에 대하여,
1. 가장 기본적으로는 산화/환원 반응에 사용하는 물질이라고 보시면 됩니다.
양극에서의 산화 전위와 음극에서의 환원전위를 합친것이 이론적인 전지의 전위가 되겠고, 중간에 다양한 물질에 의한 loss에 의해 전위가 조금 감소하게 되어 실제 전위가 됩니다.
리튬이온배터리의 경우, 리튬의 산화로 전자가 발생하지요? 그리고 리튬이온은 음극의 graphite에 저장되어 환원됩니다. 즉, 리튬의 산화전위가 이론적인 전위가 됩니다.
2. 둘째는 전극간의 거리와 전해질의 이온전도도 입니다.
이는 loss에 해당하는 부분으로 이론적인 전위에서 깍아먹는 전위값이라고 보면 됩니다.
이외에도 다양한 곳에서 발생하는 loss 요인들이 이론적인 전위를 깍아먹게됩니다.
용량에 대하여,
용량은 양극이던 음극이던 초기에 가지고 있는 리튬소스의 갯수라고 보시면 됩니다. 배터리를 두껍게 만들면 용량이 커지지요? 그만큼 안에 리튬소스의 갯수가 많아서 그런 것입니다.
현재 가장 많이 사용하는 리튬이온배터리의 양극 원료는 리튬 산화물이고, 음극은 graphite(흑연)입니다. 같은 부피대비 더 많은 리튬이온을 저장할 수 있는 물질로 교체한다면 같은 크기의 배터리에서 더 큰용량을 만들어낼 수 있습니다.
예를 들어, 양극을 리튬황 화합물로 교체하고, 음극을 리튬 메탈로 쓰게된다면 약 5배의 용량 증가를 볼 수 있습니다. 다만, 현실적으로 충방전은 50여회 정도하면 배터리 성능이 급격히 떨어지기 때문에 상업적으로 아직 사용되지 않는 것이지요.
모듈 전압에 대하여,
배터리를 직렬로 연결시키면 말씀하신데로 각 배터리 전압의 합이 모듈의 전압이 됩니다. 3V짜리 배터리 2개를 직렬로 연결하면 전압은 6 V가 되지요.
직렬은 전류를 세게하므로 마냥 좋지 않습니다. 전류가 높으면 전선에 흐르는 전자가 많아진다는 의미로 전선에 부하가 가게됩니다.
전력량이 높은 전열기구 같은것을 오래쓰면 전선이 뜨거워지지요? 같은 이유입니다.
전력량 = 전류 X 전압 (220V)
전압은 220V고정이기 때문에 전력량이 높은 제품은 전류량이 많다는 이야기이고, 필연적으로 전선에 부하를 가져옵니다. 그래서 멀티탭을 잘 보시면 버틸수 있는 전류량 (xxx A)이 써있습니다.
제품을 만들때, 보다 좋은 기능을 구현하려면 필연적으로 많은 에너지가 필요로 하게됩니다. 결국 전력을 높여야한다는 말인데, 회로가 버틸 수 있는 전류량의 한계가 있겠지요? 그래서 이에 맞는 전압과 전류를 세팅하여 (직렬, 병렬 잘 연결하여) 배터리 모듈을 제작하고, 내부 전압 변환장치를 넣거나 합니다.
리튬이온 배터리는 약 3-3.8V인데 비하여 핸드폰의 구동 전압은 5-7 V인 이유가 바로 여기있습니다.
만족스러운 답변이었나요?간단한 별점을 통해 의견을 알려주세요.
