배터리 일차 전지와 이차 전지의 차이점과 리튬 전지의 특징 알아보기

지난 24일 화성시 소재의 전지공장 화재와 관련하여 소방청에서는 리튬전지 소화기 인증기준 도입과 금속화재소화기 기준을 마련하는 등 실무 TF팀을 운영한다고 전했다.

이번 포스팅에서는 배터리 관련 용어와 전지의 차이점 및 특징에 대해 살펴보도록 하겠다.

전지란?

전지는 우리가 흔히 알고 있는 건전지나 배터리를 말하며 화학 에너지를 전기 에너지로 변화시키는 화학 장치다.

1800년 이탈리아의 과학자가 최초의 전지인 볼타 파일을 제작하였고, 볼타는 구리와 아연 판을 교대로 적층한 파일을 만들었는데 이 판 사이에는 바닷물에 적신 헝겊을 끼워 두 판을 분리한 후, 상판과 하판을 도선으로 연결하였을 때 강한 전류가 흐르는 것을 발견하였다.

두 가지의 다른 금속과 전해질이 존재하면 금속의 특성에 따라서 전위차가 생겨 전류가 흐를 수 있다. 따라서, 두 전극 판을 만들고 이를 전선으로 연결하면 전류를 공급할 수 있는 전지를 제작할 수 있다.

볼타의 발견 이후 오늘날에 전지는 일상생활에서 없어서는 안되는 매우 중요한 장치가 되었다.

전지의 전력이 0으로 떨어지면 충전하여 재사용할 수 없는 전지를 일차 전지라고 불리며, 화학 에너지 - 전기 에너지로 변화시키는 방전과 전기 에너지 - 화학 에너지로 변화시키는 충전 과정을 반복할 수 있어 재사용이 가능한 전지를 이차 전지 또는 축전지라고 부른다.

일차 전지

일차 전지는 한번 사용 후 폐기를 하여야 하는 일회용 전지를 말하며, 이차 전지와 달리 방전 시에 일어나는 화학 반응을 역으로 되돌리는 것이 불가능하다.

일차 전지는 이차 전지에 비해 저렴하며 장기간 에너지를 보존 해야 하는 경우에 적합하다. 일차 전지의 대표적인 전지에는 르클랑셰 전지, 알칼리 건전지, 수은 전지가 있다.

• 망간 전지(르클랑셰 전지)

• 알카라인 전지

• 수은 전지

• 리튬 전지

이차 전지

이차 전지는 전지를 다 사용하고 난 후, 전지에 흐르는 전류의 방향과 반대로 전지의 전압보다 더 큰 외부 전압을 가해주면 전지를 다시 재생 시킬 수 있어 재사용이 가능하다. 

일차 전지에 비하면 비싸지만 충전하여 여러 번 사용할 수 있어 더 경제적일 수 있다.

이차 전지에는 니켈-카드뮴 전지, 납-산 배터리, 리튬 이온 배터리가 대표적이다.

• 납축전지

• 니켈카드뮴 전지

• 니켈수소 전지

• 리튬 이온 전지

리튬 전지의 특징

리튬 전지는 일반 전지에 비해 무게가 가볍고 용량이 크며 이차 전지의 리튬 이온 전지는 재충전 사용이 가능한 고성능 전지로, 일상생활에서 사용하는 휴대폰이나 노트북, 컴퓨터의 전원으로 주로 사용이 된다. 

일반 전지에 비해 2배 이상 높은 전압을 가지고 있으며 전압의 평탄도가 우수하며 에너지 밀도가 가장 높으며 넓은 온도 범위에서 작동이 가능한 특징을 가지고 있다.

자가 방전율 또한 연간 2퍼센트 미만으로 장기간 저장 후에도 사용할 수 있다.

이차 전지인 리튬 이온 전지는 고체 리튬이 없어 물로 불을 끌 수 있지만, 일차 전지에는 고체 리튬이 있고, 이 고체 리튬은 물에 닿으면 폭발성이 가진 불화수소가 나오게 된다.

최근 일어난 리튬 제조 공장 화재 사건을 계기로 리튬 일차 전지 제조시설과 더불어 리튬 이자 전지 제조시설, 리튬 배터리 ESS 제조시설 등 안전점검 및 상시 모니터링이 필요할 것으로 보인다.