[IT 이야기] 전지(電池)
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김홍철 기술경영학 박사

 

우리가 흔히 얘기하는 건전지는 전지의 일종이지만, 일반인들이 전지하면 가장 많이 생각하는 것은 휴대폰, 모바일 기기 등에 주로 사용되는 배터리 혹은 건전지가 아닐까 한다.

이탈리아 물리학자인 안토니오 볼타(1745~1827)는 동 시대의 앞서가던 전기 연구자인 갈바니의 동물전기–전기를 통하지 않았음에도 해부용 개구리 다리가 움직이는 현상이나, 비가 오고 천둥·번개가 칠 때 철로 만든 갈고리에 꿰어져 공중에 매달아 놓은 개구리의 다리가 움직이는 현상을 갈바니는 동물전기라 불렀다.–에 대한 의구심에서 출발, 개구리의 양쪽 다리에 같은 금속을 대면 개구리 다리가 움직이지 않는다는 사실을 보며, 이는 역으로 생각하면 다른 금속을 연결하면 전류가 흐르지 않을까 하는 생각에서 각기 종류가 다른 금속을 연결해 전기를 생성하는 구상을 했다. 그리고 볼타는 묽은 황산을 담은 용액에 아연판과 구리판을 넣은 후 두 금속을 도선으로 연결하면 전기가 생성된다는 사실을 실험으로 확인했다. 

금속의 기본 물질인 원자의 구성요소인 핵 주변에 원형껍질을 이루는 전자들은 2n개라는 수의 안정화를 이루기 위해 물질 상호간에 전자를 주고받는데 이를 화학 반응성이라고 한다. 볼타가 사용한 두 금속 중 반응성이 더 큰 아연이 구리에게 전자를 주고, 이동한 전자들은 구리 금속에 접해있는 묽은 황산 용액과 반응해 물을 만들면서 계속적으로 전자의 흐름이 발생한다. 전자의 흐름이 바로 전류이며, 이러한 원리로 전기가 발생하는 것이다. 물질의 화학적 반응을 통해 화학에너지가 전기에너지로 변환하는 최초의 전기 발생장치인 볼타전지를 발명한 것이다. 현재 사용하는 건전지 대부분도 볼타전지의 원리가 적용된 것으로 볼 수 있으며, 이러한 볼타의 업적을 기리기 위해 전류의 크기를 볼트(volt)라 부르고 있다.

볼타 전지 발견 이후 여러 화학자들은 이 같은 금속 간의 반응성의 차이 원리는 물론 방사선, 온도의 차이, 빛 등으로 전극 간에 전위차를 발생하게 하는 등 다양한 방식을 통해서 여러 종류의 전지를 개발했다. 전지, 즉 대부분의 일반인들이 흔히 말하는 배터리(battery)는 한번 사용한 후 다시 충전이 불가해 일회한 사용이 가능한 일차 전지(primary battery)를 지칭한다. 이는 일차전지가 앞서 볼타전지가 개발된 원리와 같이 화학적 반응성이 큰 어느 한쪽 금속이 가지고 있는 전자가 완전히 소진될 때까지만 전류가 발생되며, 그 역방향, 즉 반응성이 작은 금속에서 큰 금속으로의 전류흐름은 생성되지 않으므로 한번만 사용이 가능하기 때문이다. 이러한 일차전지는 전해액과 반응물로 인한 액상의 물질이 발생해, 이러한 액체가 새어나가는 것을 막기 위해 대부분 밀봉돼 있다. 일차전지 주요 사용 예로는 손전등, 유아용품, 휴대용 트랜지스터 라디오 등에 사용되는 탄소·아연 건전지와 카메라, 테이프레코더, 전기면도기 등에 사용되는 알칼리건전지 등이 있다.

이차전지(secondary cell)라 불리는 축전지(storage battery)가 등장하게 된 것은 바로 이러한 경제적 활용성의 문제점과 일회성으로 사용되고 버려지는 데 대한 환경오염 우려 등에서 출발해 탄생했다. 물론 일차전지가 밀봉된 형태로 존재해 자연방전을 훨씬 느리게 일어나게 제작돼 보다 장기간으로 에너지를 보존할 수 있다는 장점이 있기는 하나, 사용자 입장에서는 언제 전력이 소진될지 모르는 일차전지보다는 지속적인 사용이 가능한 이차전지를 요구하게 되는 것은 당연한 흐름으로 볼 수 있다.

이차전지, 즉 축전지는 일차전지의 원리를 역으로 이용해 외부의 전기에너지를 화학에너지의 형태로 저장해 두었다가 필요할 때에 이 화학에너지를 다시 전기에너지로 만들어낸다. 충전해서 반영구적으로 사용할 수 있으므로 ‘충전식전지’라고도 하며, 친환경 부품으로 인식되고 있다. 더구나 노트북컴퓨터, 휴대폰, 캠코더 등 포터블(portable) 문화가 확산돼 장소에 불문하고 IT기기 사용을 원하는 사용추세를 감안할 때 해당 장비에 이차전지의 사용은 필수적이며, 특히 전기자동차의 핵심부품으로 크게 각광받고 있다.


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