2차전지 배터리 중 이원계와 삼원계로 나뉜다고 들었는데 서로 어떠한 충전방전의 원리가 차이가 나는지 궁금합니다.
현재 2차전지 배터리는 이원계구조와 삼원계가 있다고 들었습니다.
이원계는 주로 중국쪽이 매우 강하다고 들었으며 한국은 삼원계가 강점이 있다고 들었습니다.
문득 궁금한점은 이 이원계와 삼원계의 구조가 어떻게 화학적으로 다르고 서로 충전과 방전의 원리가 어떤식으로 이루어지는건지 그리고 여기서 이둘의 차이가 어떻게 발생되는건지 궁금합니다.
안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.
리튬이온배터리는 리튬 이온이 양극재와 음극재 사이를 이동하는 화학적 반응을 통해 전기를 만들어냅니다. 양극 소재로 사용되는 리튬은 단독으로 사용하기엔 불안정한 특성이 있기 때문에 다른 금속 원소들과 결합한 형태인 ‘리튬금속산화물(LiMO2)’로 존재하게 되는데요. 양극재로 주로 쓰이는 ‘리튬코발트산화물(LCO)’을 기본으로 니켈과 다른 원소가 더해져, 양극재에 총 세 가지 원소가 들어가는 배터리를 ‘삼원계 배터리’라고 부릅니다
두가지 원소는 이원계 입니다
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
이원계 배터리는 금속 리튬과 리튬 이온이 각각 양극과 음극으로 사용되는 구조입니다. 이와는 달리 삼원계 배터리는 양극과 음극 모두 리튬 이온을 사용합니다. 이때, 이원계 배터리는 삼원계 배터리에 비해 높은 에너지 밀도와 충전 효율을 보입니다. 반면에 삼원계 배터리는 안정성이 높아서 더 오랜 시간 사용할 수 있으며, 더 높은 전류를 공급할 수 있습니다.
충전 시에는 이원계 배터리는 외부 전원을 통해 양극과 음극에 리튬 이온을 이동시키는 방식으로 충전됩니다. 이와는 달리 삼원계 배터리는 양극과 음극 모두에 리튬 이온을 이동시키는 방식으로 충전됩니다. 이러한 차이로 인해 이원계 배터리는 더 높은 충전 효율을 보입니다.
반대로, 방전 시에는 이원계 배터리는 양극과 음극에서 리튬 이온이 이동하면서 전기 에너지를 생성합니다. 삼원계 배터리 역시 이와 마찬가지로 양극과 음극에서 리튬 이온이 이동하면서 전기 에너지를 생성합니다. 이러한 차이점은 주로 배터리의 안정성, 충전효율, 사용시간 등의 성능에 영향을 미칩니다.
이원계 배터리는 대부분 리튬 이온 배터리(Lithium-ion battery)로 알려져 있으며, 양극 소재로는 보통 코발트, 니켈, 알루미늄 등이 사용되고 음극 소재로는 그래파이트가 일반적으로 사용됩니다. 리튬 이온 배터리는 리튬 이온의 이동을 이용하여 충전과 방전이 이루어집니다. 충전 과정에서 양극 소재는 리튬 이온을 수용하여 저장하고, 방전 과정에서는 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동하여 전기 에너지를 공급합니다.
반면, 삼원계 배터리는 주로 니켈-코발트-망간(Nickel-Cobalt-Manganese, NCM) 또는 니켈-코발트-알루미늄(Nickel-Cobalt-Aluminum, NCA) 등의 화학 물질 조합을 사용합니다. 이러한 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 에너지 밀도와 수명 등에서 우수한 특성을 가지고 있습니다. 삼원계 배터리의 충전과 방전 과정은 리튬 이온 배터리와 유사하지만, 삼원계 배터리의 소재 조합에 따라 특성이 다를 수 있습니다.
이원계와 삼원계의 차이는 주로 소재 선택에 있습니다. 이원계 배터리는 코발트와 같은 비교적 고가의 소재를 사용하여 에너지 밀도를 높이고, 삼원계 배터리는 저렴한 소재를 사용하여 경제성을 향상시킵니다. 또한, 각각의 소재 조합은 충전 및 방전 특성, 안정성, 수명 등의 측면에서도 차이를 보입니다.
