리튬 이온 전지

Lithium-ion battery

폰 배터리 속에서는 충전하고 쓸 때 무엇이 오갈까요?

무슨 일이 일어났나

리튬 이온 전지는 양극과 음극 사이를 리튬 이온이 오가며 에너지를 담고 내놓습니다. 쓸 때는 이온이 전해질을 지나 양극으로 가고 전자는 바깥 회로(폰 회로)를 돌며 일을 하며, 충전할 때는 거꾸로 갑니다.

시뮬레이터의 전지가 12 V 를 6 Ω 에 걸면 전류 2.00 A · 전력 24.0 W 이고, 저항을 3 Ω 으로 줄이면 4.00 A · 48.0 W 로 두 배를 씁니다. 전력을 많이 쓰는 일일수록 전지가 빨리 닳습니다(전지를 일정한 전압원으로 둔 단순 모형).

1970 년대 초 휘팅엄이 이황화물 층 사이에 리튬 이온을 담는 법을 찾았고, 1980 년 구디너프가 더 나은 양극 물질(리튬 코발트 산화물)을, 요시노 아키라가 음극을 만들었습니다(미국 에너지부).

1991 년 소니가 처음으로 다시 충전하는 리튬 이온 전지를 팔았고, 세 사람은 2019 년 노벨상을 받았습니다.

💡 생활 속 예시

  • 게임을 오래 하면 폰 배터리가 빨리 닳고 폰이 따뜻해지는데, 큰 전류가 흐르며 회로와 전지에서 열도 나기 때문입니다.
  • 보조 배터리로 폰을 충전하면, 보조 배터리 속 리튬 이온은 양극 쪽으로, 폰 배터리 속 리튬 이온은 음극 쪽으로 옮겨 갑니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

  • 양극(+) — 리튬 코발트 산화물 같은 물질로, 쓸 때 리튬 이온을 받아들입니다.
  • 음극(−) — 충전할 때 리튬 이온을 담아 두었다가, 쓸 때 내보냅니다.
  • 전해질 — 리튬 이온만 두 극 사이로 지나가게 하는 길입니다.
  • 분리막 — 두 극이 맞닿아 합선되지 않게 떼어 놓습니다.
  • 집전체 · 보호 회로 — 전자를 바깥 회로로 모아 보내고, 넘치게 충전하거나 너무 쓰지 않게 지킵니다.
  1. 폰을 쓰면 음극의 리튬 이온이 전해질과 분리막을 지나 양극으로 갑니다.
  2. 같은 때 전자는 바깥 회로를 돌아 양극으로 가며 화면 · 칩을 움직입니다.
  3. 충전기를 꽂으면 바깥 전기가 이온과 전자를 음극 쪽으로 되돌려 보냅니다.
  4. 보호 회로가 전압을 보며 다 차면 충전을 멈춥니다.

확인된 값

1970 년대 초 휘팅엄(M. Stanley Whittingham)이 이황화물 층 사이에 리튬 이온을 담는 법을 찾았다
early 1970s 출처
휘팅엄 설계로 리튬 전지 특허가 나온 해 (엑슨)
1976 출처
구디너프(John Goodenough)가 더 나은 양극 물질을 찾은 해
1980 출처
양극(전지의 + 쪽)에 리튬 코발트 산화물을 써 안정성을 크게 높였다
lithium-cobalt oxide cathode 출처
음극은 일본의 요시노 아키라(吉野彰)가 만든 것
Akira Yoshino 출처
처음으로 다시 충전하는 리튬 이온 전지가 팔린 해
1991 출처
리튬 이온 전지로 노벨상을 받은 세 사람 — 휘팅엄 · 구디너프 · 요시노 (2019)
2019 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 통합과학2 · 환경과 에너지
  • 일본 · 中学校 第1分野 (7) 科学技術と人間

출처

이어서 보기

같은 단원 · 에너지 기술

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