KWC 수소 리포트

#20 배터리 개발의 역사

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2020.08.31 / 885

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안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는

(주)케이워터크레프트입니다.

지난 시간에는 배터리의 종류와 특성에 관하여 알아보았는데요.

오늘은 배터리 개발의 역사에 대하여 알아보겠습니다.

 

 

1. 1차 전지의 개발

1차 전지는 캔 속의 용량이 다 소진되면 버리는 전지로

AA, AAA 등의 표준화된 사이즈로 되어 있으며

마트 등에서 쉽게 구입할 수 있습니다.

 

최초의 건전지는 1866년 프랑스에서 개발됐습니다.

음극에는 아연이 쓰였고,

양극은 이산화망간이 쓰였습니다.

 

 

 


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최초의 건전지를 발명한 Georges Leclanché

출처. https://en.wikipedia.org

 

 

 

 

 

 

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프랑스의 Georges Leclanché에 의해 발명된 최초의 건전지

출처. https://en.wikipedia.org

 

 

현재 가장 많이 사용되고 있는 리튬 전지는

1970년대 일본 산요(SANYO)사에서 개발했습니다.

당시 개발된 리튬 전지는 1차 전지로

양극은 이산화망간이 사용됐고, 음극은 리튬이 사용됐으며, 전압은 3V였습니다.

리튬은 은백색의 금속으로, 만지면 손가락의 물기에 의하여

검게 탈 정도로 수분에 민감합니다.

리튬 1차 전지는 자동 카메라의 전원으로 사용되면서 세계적인 히트 상품이 됐습니다.

 

산요사의 성공에 자극을 받은 파나소닉사는

양극에 이산화망간 대신 불소 화합물을 사용한 리튬 1차 전지를 개발하면서 산요사와 경쟁했습니다.

 

북미, 유럽에 비하여 전지 후진국이었던 일본은 리튬 1차 전지의 개발을 계기로

세계적인 경쟁력을 확보하면서 성장하게 됩니다.

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Ray-o-vac에서 출시한 전지의 모습

출처. Dean Johnson, flickr.com

미국의 전지회사 Ray-o-vac에서는 20회 정도 충전 가능한 알칼리-망간 전지인 ‘알카바’를 개발했습니다.

1.5차 전지 격인 알카바는 1차 전지와 2차 전지 시장을 모두 공략할 수 있을 것으로 기대를 모았으나

시장에서의 반응은 냉담했고 결국 어디에도 낄 수 없는 전지가 되어

시장에서 퇴출되었습니다.

 

 

2. 2차 전지의 개발

 

2차 전지는 충전으로 재사용이 가능한 전지입니다.

충전으로 재사용이 가능한 2차 전지는 보통 충전 용량이

초기의 80%가 되었을 때를 수명이 다 된 것으로 정의합니다.

 

휴대폰에 사용되는 전지의 경우는 수명이 500회 수준입니다.

하지만 수명이 다 되었다고 해도 80%의 용량이 남아있어

휴대폰 사용에는 큰 지장이 없습니다.

 

최초의 2차 전지인 납축 전지는 건전지가 발명되기 7년 전인 1859년 프랑스에서 발명됐습니다.

납축 전지는 음극에 납, 양극에 산화납을 사용한 전지로 전해액은 황산 수용액입니다.

평균 전압은 2V로 물의 전기분해 전압인 1.34V보다 높지만 운동장벽으로 인하여

전해액이 분해되지는 않습니다.

 

납축 전지가 발명된 지 거의 160년이 지난 지금까지 널리 사용되고 있는 것은

가격 대비 성능이 뛰어나기 때문입니다.

 

 

 

 

 

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프랑스의 전기학자 플랑테(Gaston Planté)

출처. https://en.wikipedia.org

 

 

 

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프랑스의 플랑테에 의해 발명된 최초의 납축전지

출처. https://web.archive.org

 

1800년대 후반에 들어서면서 전신, 기차 등에

납축 전지보다 우수한 2차 전지의 필요성이 증대되면서

1899년 스웨덴에서 니카드 전지가 태어났습니다.

스웨덴처럼 추운 나라는 전통적으로 전기 화학이 강한데,

금속 표면에 전기 도금을 해야 오래 사용할 수 있기 때문입니다.

 

니카드 전지와 경쟁자로 등장한 것이 미국의 발명왕 에디슨이 개발한 니켈-철 전지입니다.

 

 

 

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에디슨이 개발한 니켈-철 전지의 모습

출처. wikipedia.org

1960년대에 일본의 산요사가 휴대용 전자기기에 사용할 수 있는 밀폐형 소형 니카드 전지를 개발했습니다.

 

밀폐형 니카드 전지의 핵심 기술은

과충전 시 양극에서 발생하는 산소 가스가 음극에서 흡수되어 과충전에 의한 가스 발생을 막는 것으로

“산소 재결합 메커니즘(Oxygen Recombination Mechanism)”이라고 합니다.

 

이 전지의 개발로 2차 전지의 시장이

자동차와 산업용에서 휴대용 전자기기로 영역이 넓혀지면서

건전지 시장을 잠식했을 뿐만 아니라 휴대용 전자기기 시장 활성화에

크게 기여하게 됩니다.

 

 

 

 

 

 

참고문헌.

[네이버 지식백과] 배터리 (죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001, 2010. 1. 20., 잭 챌리너)

[네이버 지식백과] 전지 [cell] (화학백과)

https://ko.wikipedia.org

https://www.devicemart.co.kr

http://www.sdistory.net

https://blog.lgchem.com 

https://web.archive.org

 

 

 

 

오늘은 배터리 개발의 역사에 대해 알아보았습니다.

 

다음 시간에는 배터리 개발의 현재에 대해 소개해드리겠습니다.

 

 

 

 

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