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생활과 경제

생활 상식과 재테크 노하우가 쑥쑥!

배터리에 대한 모든 궁금증

무심코 지나쳤던 사물과 현상에 대해 뜬금없는 물음표를 던져본 적이 있는지? 당연해 보이는 것들에도 다 나름의 원리와 논리, 이유가 있다. 이달은 우리가 일상적으로 사용하는 전자기기에 대한 얘기다. 전자기기를 작동시키는 힘, 배터리에 대한 여러 궁금증을 풀어 봤다. 글_ 스피드웨건(유튜브 채널 ‘사물궁이 잡학지식’ 크리에이터)

배터리의 작동 원리를 이해하자

배터리는 전기 장치에 전원을 공급하는 장치다. 화학 에너지를 전기 에너지로 변환 및 저장하여 직류 전력을 생산하는 것이 기본 원리. 배터리는 보통 한 개 이상의 셀로 이루어져 있고, 일상에서 수많은 전자기기를 사용하는 우리에게는 매우 익숙한 장치이기도 하다.

일상에서 흔히 사용하는 장치이다 보니 배터리에 대해 알려진 상식들도 굉장히 많은데, 그것들이 모두 근거가 있는 이야기인지 가끔 궁금한 것이 사실. ‘배터리를 완전히 방전하고 충전해야 좋을까?', '충전 중에 사용해도 괜찮을까?', '충전이 완료된 상태에서 계속 충전해도 괜찮을까?', '추울 때 배터리는 왜 빨리 닳을까?'처럼 배터리와 관련된 상식들, 과연 모두 근거가 있는 질문들일까? 이 모든 질문에 대한 해답을 찾아 보자.

우선 답을 찾기 위해서는 기본적으로 배터리의 원리에 대해 이해해야 한다. 우리가 주로 사용하는 배터리는 리튬 이온 배터리다. 이 배터리는 양극과 음극, 분리막, 전해질 등으로 구성돼 있고, 더 자세히 들여다 보면 양극은 리튬과 금속, 산소가 결합한 형태인 리튬코발트산화물로, 음극은 흑연으로 구성되어 있다. 전해질은 유기 용매를 사용한다. 우리가 기기를 사용(방전)하면 음극에서 양극으로 리튬 이온이 이동하면서 전력이 발생하고, 반대로 충전하면 양극에서 음극으로 리튬 이온이 이동하는 것이 기본 작동 원리다.

기술은 늘 앞서간다

이제 의문점들을 본격적으로 하나씩 해결해 볼 차례다. 우선 ‘배터리를 완전히 방전한 다음에 충전해야 배터리를 오래 쓸 수 있다’는 이야기는 메모리 효과에서 비롯된 이야기다. 예전에 우리가 주로 사용한 배터리는 주로 니켈-카드뮴 배터리였다. 이 배터리의 가장 큰 특징은 사용자가 평소 충전하는 양을 기억해 두었다가 그 양만큼만 다시 충전하는 메모리 효과다. 충전 시간이 길면 더 오래 충전되고, 짧으면 딱 그만큼만 다시 충전되는 식이다 보니 당연히 배터리를 오래 사용하려면 완전히 방전한 뒤 가급적 오래 충전하는 것을 권장했다.

하지만 1990년대 중반 이후 대중화되기 시작한 리튬 이온 배터리는 이런 문제를 단숨에 해결했다. 메모리 효과가 없는 리튬 이온 배터리는 오히려 방전시킬 경우 전지의 구성 재료가 부식될 수 있으므로 말 그대로 ‘아무 때나 틈나는 대로’ 충전해 주는 것이 좋다. 무엇보다 배터리의 구성 물질을 확인한 뒤 적합한 충전 방식을 사용하는 것이 최선이다.

종종 급할 때 충전과 동시에 사용하는 경우도 많은데, 전자기기를 충전하면서 사용하는 것은 괜찮을까? 결론부터 말하면, 이런 행위 자체가 제품의 성능에 영향을 주지는 않지만 그다지 권장하지는 않는다. 배터리 충전과 기기 사용을 함께 하면 리튬 이온이 음극에서 양극으로, 또 양극에서 음극으로 동시에 이동하면서 충전과 방전이 동시에 발생한다. 배터리의 기본 원리로만 보면 일반적인 상황이 아니니 가급적 피하는 것이 좋다.

실제로 이에 대한 객관적인 답을 얻기 위해 배터리 제조업체 두 군데에 직접 문의해 보았다. 업체에서는 “제품에 전원을 안정적으로 공급하지 못하면 화면 및 터치 동작이 제대로 작동하지 않을 수 있고, 감전 또는 누전, 화재의 위험이 있으니 권장하지 않는다.”는 답변이 돌아왔다. 하지만 앞서 설명한 대로 제품의 성능에 문제를 일으키는 것은 아니니 부득이한 경우라면 충천하며 사용하는 것도 무방하다. 100% 충전을 완료한 상태에서 계속 충전할 때도 배터리는 알아서 전류를 차단하므로 크게 걱정하지 않아도 된다. 기술은 늘 우리가 생각하는 것 이상으로 발전해 있다.

배터리는 소모품이다

또 겨울에는 유독 배터리가 더 빨리 닳는 ‘느낌 적인 느낌’이 드는데, 과연 근거가 있는 것일까? 이는 기분 탓이 아니라 실제 그렇다. 겨울의 강한 추위는 배터리의 화학 반응 속도에도 영향을 끼친다. 분자가 수축되고, 배터리 안의 전자들이 음극에서 양극으로 이동하는 속도가 느려지는 것. 또 전지의 내부 저항이 증가하면서 배터리의 성능이 눈에 띄게 떨어진다. 전문가들이 말하는 ‘배터리가 최고의 성능을 보이는 온도’는 20~25℃다.

마지막으로, 소비재인 배터리는 시간이 지나면 성능이 떨어지는 것이 자연스러운 현상이다. 배터리의 수명이 보통 1~2년 정도라고 하니, 사용하는 배터리가 너무 빨리 닳거나 또는 잘 작동하지 않는 것 같다면 수명을 확인해 보고 교체하는 것이 좋다.

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