일상속 배터리의 종류

2차전지의 발전으로 인해, 배터리의 소재가 다르면 그 크기가 같아도 전압이 다르다. 또한 충전기도 달라진다. 이에 선택에 혼동이 와서, 많이 보이는 용어 위주로 정리하였다.

1차 전지 (1회용 건전지)

• 알카라인 건전지

충전이 안되는 1회용 1차전지로, AA, AAA등의 크기로 그 종류가 나뉜다. 셀당 전압은 1.5v이고, 다이소에서 뭉텅이로 사고 쓰는 그 건전지다. 용량을 사용하여도 전압 유지가 뛰어나서 전동 장난감등에 잘 사용된다.

• 망간건전지

충전이 안되는 1회용 1차전지로, 마찬가지로 AA, AAA등의 크기로 그 종류가 나뉘며 셀당 전압은 1.5v이지만 남은 용량에 따라 전압이 뚝뚝 떨어진다. 그렇기에 전압 유지가 별로 상관없는 벽시계나 리모컨 등에 사용된다. 하지만 요즘에는 이런곳에도 그냥 알카라인 건전지를 사용하지, 생활에서 망간건전지를 사용하는 일이 거의 없다.

 

초기의 2차전지 : 니켈과 납

리튬 계열 전지가 보급 되기 전에 이용되던 배터리이다. 

• 니켈 계열 전지(NI-MH, NI-Cd) —> AA, AAA 대체용 전지

셀당 배터리가 1.2v 라서 기존의 1.5v AA, AAA 배터리를 얼추 대체하여 넣을 수 있다. AA, AAA 배터리가 들어가는 장난감(미니4wd, 장난감 RC, 무선 엑박패드등)에 넣거나, 휴대용 장비들의 배터리로 사용되었었다. 필요해서 산다면 에네루프, FDK 등의 회사가 있다. 현재는 니켈수소 (NI-MH)계열의 전지가 대부분이며, 옛날에는 니켈카드뮴(NI-Cd) 계열의 전지도 있었다. 해당 배터리는 메모리효과로 인하여 완전히 방전 후 완전히 충전해야 용량 손실이 적다.

• 납축전지 (Lead) —> 자동차 배터리

역사가 오래되고 신뢰성이 있어 자동차에 필수로 사용되고 있지만, 언젠가 대체될 배터리이다. 매우 무거운 12v전지이며, 과하게 방전되면 전체 용량이 줄어든다. 그렇기에 시동을 안걸고 자동차의 전기를 쓰다가 방전되면(블랙박스 등), 배터리 수명이 절반 날아갔다고 생각하면 된다. 그렇기에 자동차 배터리의 전압이 떨어지면 블랙박스 전원을 종료하도록 설정해야 하며, 이에 추가로 자동차 블랙박스용 보조배터리를 따로 장착하기도 한다.

 

 

요즘의 2차전지 : 리튬계열

먼저 크기에 대한 규격을 정리해본다. 우리가 리모컨 배터리를 바꿀 때, 1.5v짜리 원통형 배터리를 부를 때 그 크기에 따라서 AA, AAA등으로 명칭한다. 

하지만 원통형 배터리를 부를 때에는 10440, 14500, 18650, 26650등의 명칭을 쓴다. 앞의 두 자리는 지름, 뒤의 숫자는 길이를 나타낸다. 즉 14500 은 14mm 지름에 50mm 길이의 원통형 배터리를 가리킨다.

참고로 10440이 AAA, 14500이 AA사이즈 정도 크기이다. 하지만 셀의 기본 전압 단위가 다르기 때문에 기존의 AA, AAA 배터리와 혼용이 당연히 불가능하다. 

물론 AA사이즈에 USB 충전이 되는 1.5v 충전지 등의 간편한 제품이 있지만, 이런 제품들도 3.7v의 리튬전지와 전압강하  회로를 묶어놓은 제품으로 알고있다. 

 

• 리튬이온(Li-ion)

리튬계열 전지중 양극재가 리튬, 니켈, 코발트, 망간(NCM) 등등.. 이 사용되는 대부분의 리튬계열 전지를 포괄해서 부른다. 셀당 전압이 3.7v이며 현재 전기차, 핸드폰, 파워뱅크등 2차전지 시장의 주역이다. 다만 화재등의 위험성이 있어 신뢰성 있는 패키징 및 보호회로가 필요하다. 삼성, LG가 신뢰성있는 리튬이온 배터리를 생산한다.

참고로 국내에서 리튬이온 전지를 구매할 때, 보호회로가 없는 배터리는 유통이 안된다. 그렇기에 국내에서 3.7v짜리 14500, 18650 배터리를 사면 보호회로가 달린 리튬이온 배터리를 구매하게 되고, 보호회로의 크기에 따라 배터리의 실제 길이가 조금씩 달라질 수 있다. 직구로 구매할 때는 보호회로가 없는 경우도 있다.

• 리튬폴리머(Li-ion Polymer, LiPo)

리튬이온 배터리의 안정성을 올리고자 전해질을 고체 폴리머로 대체하였으며, 이로 인해 성형성이 좋다고 한다. 그렇기에 주로 금속파우치에 담긴 점토덩어리마냥 만들어져서 배터리 내장 제품들에 이용된다. 하우징이 필요없으므로 가벼워서 드론, 자동차등의 RC는 대부분 파우치형 리튬폴리머 배터리를 이용한다.

• 리튬철인산(LiFePO4, LFP)

리튬계열 배터리중에, 양극재를 리튬철인산납으로 바꾼 배터리이다. 셀당 전압이 3.7에서 3.2로 내려가고 용량에 비해서 무겁다. 하지만 자체방전률이 작아 장기간 보존에 좋고, 폭발의 위험도 적다. 이에 리튬이온 배터리와 구분해서 유통하는 것 같다. 즉 18600배터리가 전압이 3.2v 이면 Li-ion이 아니라 LFP 배터리이다. 

 

 

이러한 리튬계열 배터리들을 고전압이 필요하면 직렬로 쌓고, 고전류가 필요하면 병렬로 쌓아서 배터리의 성능을 맞춘다. 

이때 셀들의 전압을 맞춰서 셀간에 전류가 흐르지 않도록 하고, 온도를 관리하고, 특정 셀의 과방전을 억제하는 등 내가 잘 모르는 안전한 작동을 위한 작업을 해주는 작업 및 회로가 필수이다.