자세히 알고 싶어요

"그만 끊어야겠어. 배터리가 없네!"

친구와 휴대전화로 통화하다 이런 경험이 있을 거예요.

우리는 이제 배터리가 없는 생활을 상상할 수 없어요. 휴대전화부터 탁상시계, TV 리모컨 등 여러분 주위를 둘러보세요. 대부분 물건이 배터리에 의해서 움직이고 있어요. 심지어 가스레인지에도 자동차에도 배터리가 들어 있는 거 아시나요?

배터리는 '전지'라고도 하는데요. 물질들 사이의 화학반응을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 도구입니다. 1800년 이탈리아의 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)가 발명했어요. 전압을 측정하는 단위인 볼트(volt)는 이런 업적을 기려 그의 이름을 따서 지어진 것입니다.

전지는 사용 용도, 재료 등에 따라 구분할 수도 있지만 '재사용 여부'에 따라 구분할 수도 있어요.

TV 리모컨에 들어가는 전지는 한 번 사용하면 새 전지로 바꿔야 하지요? 반면 휴대전화 같은 경우는 충전해서 사용합니다. 이렇게 다시 충전할 수 없는 경우 1차 전지라고 하고 충전하여 반복 사용이 가능한 경우 2차 전지라고 합니다.

환경 문제나 효율성 측면에서 스마트폰 등 휴대용 전자 제품에는 2차 전지가 사용됩니다. 2차 전지가 점점 중요해지면서 세계 각국은 엄청난 경쟁을 하고 있어요. 소형 2차 전지 시장에서 우리나라의 점유율은 2009년 31.4%로 일본에 이어 2위였어요. 그러나 점유율이 매년 증가해 2011년 41.2%로 1위에 올라섰으며 올해는 45.4%로 2위와 격차가 더 벌어질 것으로 예상됩니다.

2차 전지는 재료에 따라 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 리튬이온 전지 등이 있는데, 최근에는 리튬이온 전지가 주로 사용됩니다. 다른 전지보다 성능이 3배나 좋기 때문입니다. 쉽게 말해 리튬이온 전지를 다른 전지로 교체하게 되면 지금 크기의 3배나 큰 전지가 필요합니다. 또 리튬이온 전지는'메모리 효과'가 거의 없기 때문에 사용이 편리합니다. 메모리 효과란 완전히 방전되지 않은 상태에서 충전을 하면 용량이 줄어드는 효과를 말하는데요. 예를 들어 배터리를 80%만 충전된 상태로 몇 번 사용하다 보면 이 배터리는 이 상태를 100%로 기억하는 성질이 있어서 결국 배터리의 용량 전부를 사용 못 하는 거예요. 그래서 예전에는 '배터리가 완전히 방전된 상태에서 충전해야 좋다'라고 했어요.

오히려 리튬이온 전지는 100% 충전·방전하는 것보다는 80%~90% 충전해 80~90% 정도만 사용하고 다시 충전하는 것이 좋아요.

리튬이온 전지 내부는 어떤 모습일까요?

크게 네 가지로 구성되어 있어요. 양극재와 음극재, 또 둘 사이에서 리튬이온이라는 물질이 이동하는 것을 도와주는 전해질, 마지막으로 양극재와 음극재가 직접 접촉이 안 되도록 하는 분리막입니다.

여러분이 휴대전화를 사용하면 배터리에 있는 전기에너지를 쓰는 거예요. 전기에너지는 음극에 있는 리튬이온이 양극으로 이동하면서 발생합니다. 리튬이온이 양극으로 모두 이동해 더 이상 전기가 생기지 않으면 충전을 해야 하는데요. 충전을 한다는 것은 외부 전기를 통해 양극에 있는 리튬이온을 다시 음극으로 이동해 저장시키는 거예요.

휴대전화에 사용되는 배터리는 기술이 발전함에 따라 점차 성능이 향상된 반면, 크기는 작아지고 있어요. 휴대전화가 등장했을 때는 군대 무전기처럼 엄청 크고 무거웠는데 이게 대부분 배터리 때문이었어요. 앞으로는 크기도 더 작아지고 휘어지기까지 하는 배터리가 사용될 거예요. 전자 기기에 가장 많이 쓰이는 소모품인 배터리는 오랫동안 사용하다 보면 배터리 일부가 부풀어 오르는 스웰링(swelling) 현상이 간혹 나타나기도 합니다.


[교사 및 학부모님께]

단계1(도입) ‘배터리’하면 떠오르는 생각을 마인드맵 해보기

단계2(전개) 기사내용 이해하기
- 1차 전지와 2차 전지의 차이는?
- 충전하는 경우 배터리에서는 어떤 일이 벌어질까?

단계3(창조) 휘어지는 배터리로 개발하고 싶은 전자 제품 그려보기