2차 전지란
2차 전지의 가장 큰 특징은 충전을 하여 계속 하여 배터리를 사용할 수 있다는 점이 특징이다. 그에 반대되는 1차전지는 충전을 할 수 없기에 한번 쓰고 나면 배터리 자체를 폐기하여 버리고 새것을 사야 하는 번거로움이 있다. 2차전지는 이런 교체 작업의 불편함을 덜어주는 것이 큰 특징이라고 할 수 있다.
2차 전지란 충전식 전지로서 자동차같은 기계장치에 설치된 배터리의 경우에 충전식 전지가 사용된다. 특히 전기자동차의 경우는 배터리가 많이 필요하며, 충전할 때마다 모든 배터리를 교체해야 하는 번거로움때문에 배터리가 내부에 설치되어 있으며 충전과 방전을 반복하여 사용되는 것이다. 보편적으로 이용되는 충전식 배터리의 종류로는 납 축전지, 니켈카드뮴, 니켈수소, 리튬이온, 리튬이온 폴리머 배터리 등이 주로 사용된다.
2차 전지의 구성요소
2차전지의 구성요소는 다른 모든 전지의 구성과 똑같이 양극,음극,분리막,전해질 4가지로 구성되어 있다. 2차전지는 현재 자동차업계에서 가장 큰 화두이며 모든 회사들이 2차 전지 배터리를 더욱더 발전 시키기 위해 열을 올리고 있다. 그 배경에는 화석연료를 사용하지 않고 친환경적인 에너지를 사용하여 지구의 환경을 보호하자는 목적이 있다.
양극(cathode)
플러스 극이다. 리튬계열의 산화물이 주요 재료로 쓰인다. 현재 까지 가장 많이 쓰이는 것은 리튬이며, 제조하는 회사및 채굴되는 광물의 양에 따라 현재 나트륨이 개발중에 있다. 양극재는 많은 부분을 차지하여 원가의 문제 때문에 현재 리튬을 사용하고 있지만 언제 또 바뀔지 모르는 상황이다.
음극(anode)
마이너스극, 탄소, 흑연 등이 주로 사용된다. 아직까지 배터리에서 기술적으로는 크게 발전하지 않는 영역이다. 2차 전지가 충전이 완료되면 음극에 전자들을 보관하여 이후에 사용할 수 있게 한다.
분리막(separator)
양극와 음극의 물질을 분리하는 막이다. 리튬이온이 통과하기 때문에 분리막에 미세한 구멍이 뚫려있다. 분리막에 문제가 생길 경우 화재나 폭발이 생길 수 있다. 양극과 음극이 분리되지 못하고 섞여서 화학반응을 일으키면 화재나 폭발이 발생할 수 있기 때문에 분리막을 안전하게 만드는 것은 중요하다.
전해질(electrolyte)
전해질또는 전해액이라 불리운다. 배터리의 충전과 방전시에 전자가 잘 통과할 수 있게 도와준다. 이것또한 배터리 개발 분야에 있어 아직까진 크게 발전되지 않지만 중요한 부분이다.
2차 전지의 종류
납 축전지
납 축전지는 100년 이상 사용된 역사가 깊은 2차전지이다. 지금도 차량용, 도난방지용, 비상그 표시등 또는 대용량 전원에 필요한 백업 시스템으로도 많이 사용되고 있다. 초기의 납축전지는 굉장히 복잡하고 지저분한 방법으로 작동 하였다.
현재 사용되고 있는 것은 밸브조절식 납 축전지로서 VRLA (Valve-regulated lead-acid battery)라고 불린다. 이 방식은 기존의 방식보다 깔끔하고 조작이 쉬우며 안전하다. VRLA 전지는 AGM(Absorbed glass mat)와 젤전지(gel battery) 우 두가지 타입으로 분류 할 수 있다.
니켈 카드뮴배터리
니켈 카드뮴 배터리는 높은 전류를 견뎌낼 수 있게 제작 되었다. 하지만 유럽에서는 독성때문에 사용을 금지하였으며 미국에서는 니켈 수소 배터리로 대체해서 사용하고 있다. 니켈 카드뮴 배터리는 메모리 효과로 인해 장기간 방치되어 방전되면 완전히 충전되지 않는 단점이 있다.
리튬이온/리튬이온 폴리머 배터리
에너지 질량비가 높은 리튬이온 배터리들은 휴대용 기기에 많이 사용된다. 노트북 컴퓨터, 휴대용 플레이어, 디지털 카메라 휴대전화기 등이 대표적인 사용의 예이다. 우리가 흔히 볼 수 있는 모양의 배터리 처럼 생겨서 얼핏 보면 1차전지와 구분이 가지 않는다.
니켈수소 배터리
니켈수소 배터리는 같은 용량의 납축전지에 비해 크기가 더 작고 가볍지만, 많은 에너지를 발생시킬 수 있는 장점이 있다. 니켈 수소 배터리는 로봇 공학에서 사용되는 소형 모터로 구동되는 기기들에 많이 사용되고 있다.