리튬이온배터리 / 리튬2차전지의 저온 및 고온에서의 단점

전기차에 들어가는 리튬이온이차전지의 고온 및 저온 단점

사용환경과 배터리

아마 핸드폰이나 노트북 등 충방전이 가능한 배터리가 포함된 전자기기를 사용하시는 분들이면 많이 공감하실 것 같다.

혹시 겨울철에 스마트폰 배터리가 유독 빨리 닳거나 한 번 전원이 off된 핸드폰이 잘 안켜지는 경험이 있으셨는가?

이는 배터리의 성능이 바깥기온에 따라 많이 좌우되기 때문인데, 낮은온도인 저온에서는 물론 고온에서도 엄청난 영향을 받는다. 

 

오늘은 전자기기를 사용하면서 느꼈던 점들이 왜 나타났는지, 어떻게 하면 배터리를 망가뜨리지 않고 전자기기를 오래 사용할 수 있는지 이야기를 해보려고 한다.

 

고온과 배터리

 

먼저 고온에서의 배터리 성능차이를 살펴보려고 한다. 

먼저 배터리의 거동에 대해서 짧게 언급하고 넘어가겠다.

리튬이온배터리를 포함해서 이차전지는 전기화학반응을 통해서 전하를 저장하고 발현함으로써 기기를 작동시키는 원리를 가지고 있다.

 

리튬이온배터리

리튬이온배터리의 경우 리튬이온이 양극과 음극을 다니면서 용량을 저장하고 발현한다고 보시면 된다.

배터리의 입장에서 자신의 주변기온이 올라가게되면 이러한 전기화학반응이 빨라지게 된다. 

이는 전하들의 움직임이 빨라진다는 것인데, 차가운 물보다 따뜻한 물에서 커피나 설탕등이 빨리 녹는 그런 느낌으로 상상하시면 된다. 

따라서 기온이 높은 여름등의 날씨에서 원래 배터리가 가지고 있던 용량보다 더 많이 저장되고 더 많이 발현되는 장점이 있다.

 

다만 반응이 빨라지다보니 배터리 성능 퇴화도 빨리 일어나게 된다.

이에 대해서는 배터리 설계와 전극의 소재에 따라서 성능 감퇴 정도가 달라진다.

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저온과 배터리

배터리가 고온에서는 반응이 빨라졌다면 저온에서(영하 20도 이하)는 반응이 일어나지 않는다.

심지어 극한의 저온이 된다면 (영하 30도~40도)전해질이 얼어버리기 때문에 전기차를 타시는 분들은 겨울철에 시동이 걸리지 않는 등의 이슈를 겪을 수도 있다.

 

저온에서의 용량감소

사용자의 입장에서는 성능이 조금 나빠지는 것보다 기기가 먹통이 되는 게 제일 문제이기 때문에 연구진들은 얼지 않는 부동의 전해질(전고체 전해질 등)을 개발을 하려고 노력을 하고 있지만, 현재까지는 전해질이 얼지 않으면 전도도가 좋지 않거나 배터리의 고전압을 버틸 수 없어서 난항을 겪고있다.

 

 

배터리가 극복해나갈 문제

배터리가 주변환경에 따라서 성능이 달라지는 것은 유저들의 입장에서 불편한 일이고, 배터리를 연구하는 연구진들이 해결해나가야 할 문제임은 분명하다.

 

하지만 현재까지 전해질의 성능을 크게 해치지 않고 얼지않는 전해질을 만든다는 것 자체가 쉽지 않기 때문에 당분간은 해결되기 어려울 것 같다.