배터리를 충전할때 미세하게라도 무게가 증가하나요?

Question

전자기기를 사용하기 위해서는 배터리라는 에너지 저장 장치가 필요합니다. 이 배터리는 충전을 통해 반복해서 사용할 수 있는데 이과정에서 무게가 늘어나고 줄어들고 할까요?

에너지도 무게가 있을까요?

Answer 1

안녕하세요. 과학전문가입니다.

가장 많이 사용하는 리튬이온배터리로 설명을 드리겠습니다.

보통 양극은 리튬/니켈/코발트산화물을 많이 사용하고, 음극은 graphite를 많이 사용합니다. 전위를 발생시켜 전자가 회로로 이동하면서 전류가 형성되는 것으로 전자기기가 동작한다고 생각하시면 되지요.

간단히 말씀드리면

충전시에는 양극의 산화물에서 Li+ 이온이 나오게 되고, 이는 전위차에 의해 음극으로 이동하게 되고 graphite 층사이에 들어가서 안정화를 하려고 합니다. 이 과정에서 발생한 전자가 회로를 돌게됩니다. 방전은 이와 반대과정으로 진행됩니다. graphite에서 Li+이온이 나와서 산화물쪽에 가서 다시 결합하는 것이지요.

굳이 설명을 드린 이유는 보시다싶이 배터리 내부에서 물질이 이동하는 현상이 있지만, 없던 물질이 생기거나 사라지는 현상은 일어나지 않습니다.

이전에 초등학교때 배터리를 연결해서 전구 불을켜는 회로를 만들어보셨을 겁니다. 결국 전구에 불이 들어오려면 둥글게 연결하여 하나의 closed circuit을 만들지요? 전자는 이 circuit을 돌게되구요. 즉, 결국 한쪽에서 발생하여 회로로 들어간 전자는 반대극으로 다시 들어옵니다.

이를 테면, 물을 높은 위치로 옮겨서 떨어뜨려 전기를 발생시키는 것이 수력발전이지요. 그렇다면 에너지를 만들어낸 물은 떨어진 이후에 양이 줄었을까요? 그대로 있지요. 즉, 에너지는 위치에너지에서 발생한 것이고, 이러한 에너지를 다시 만들기위해서는 에너지를 들여서 물을 다시 높은 위치로 가져다 놔야하는 것입니다.

배터리도 동일합니다. 화학적인 물질로 전극간의 '전위'를 만들어 두고, 자발적으로 전위차를 해소하기 위한 움직임에 의해서 에너지가 발생하게 됩니다. 이를 우리가 사용하는 것이고, 다시 에너지를 발생시키게 하기 위해서 전기로 충전하여 다시 전위차를 만들어 주는것입니다.

Answer 2

무게가 증가하지 않습니다.

어떤 에너지가 들어와서 무게가 증가한 것이 아니라, 음극과 양극의 전압 차가 변경된 것이라고 보시면 됩니다.