[스크랩] 배터리 구조와 충방전원리

 

배터리의 구조   자동차용 12V 배터리는 2V 짜리 극판군이 6개가 직열로 조합되어 있는 형태이다. 완전 충전된 극판군(CELL)의 개로 전압(OPEN CIRCUIT VOLTAGE)은 전해액 비중이 1.280일때 약 2.1V이며 용량의 크기에는 무관하다. 그러나 방전중의 전압차는 방전 직전의 충전상태,방전 전류의 크기 전해액 비중 및 온도에 따라 약간의 차가 있기는하나 대략 비슷하다. 또한 방전이 진행함에 따라 활물질 주위의 황산은 희박하게 되고 동시에 극판의 활물질은 황산납으로 되어 전압이 급격히 저하되어전류는 흐르지 않게 된다. 그리고 저온에서는 극판 및 격리판 내부에 전해액 확산 속도가 느리기 때문에 내부 전압이증가하여 전압이 낮아 진다. 따라서 정상적인 조건에 상온 25도씨 이상이 될 경우 배터리의 기본전압은 12-12.6V 사이가 되어야 정상이다.

방전 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 사용하는 것을 말하며, 음극판의 해면상납(Pb)과 양극판의 과산화납(PbO2)은 황산납(PbSO4)으로 변하고 전해액(2H2SO4)인 묽은 황산은 양극판의 활물질과 반응하여 물(H2O)에 가까와져 비중이 떨어진다. 따라서 방전을 계속하면 활물질이 황산납(PbSO4)으로 변하여 전기를 발생할 수 없게 된다. 이 상태를 "완전 방전 상태" 라고 한다. 전해액의 농도는 배터리의 방전 전기량에 비례하여 변화 되므로 비중계로 전해액의 비중을 측정함으로써 배터리의 방전상태를 알 수 있다.

충전 전기 에너지를 충전기를 사용하여 화학에너지로 변환시키는 것으로서 방전의 역반응이다. 음극과 양극의 황산납(PbSO4)은 충전기에 의하여 점차적으로 전기 에너지를 가역 시키면 양극판은 과산화납(PbO2), 음극판은 해면상납(Pb)으로 변하고 전해액은 기판의 활물질과 반응하여 비중이 규정 비중까지 올라간다. 충전이 진행되어 배터리가 완전충전상태로 되돌아가면 물이 전기 분해되어 양극에서 산소(O2), 음극에서 수소(H2)가 매우 심하게 발생된다. 가스의 생성이 활발하기 때문에 충전실은 신선한 공기로 환기해야 한다. 이들 가스는 폭발성이 있기 때문에 화염, 불꽃등의 화기를 배터리에 접근시키지 말아야 한다. 그리고 충전하는 동안의 전해액의 온도는 43℃가 넘어서는 안된다. 만약에 온도가 높아지면 43℃보다 내려갈 때까지 충전을 연기 해야한다. 참고로 표준 충전용량 보다 많이 충전한 것을 과충전이라한다. 종합적으로 방전하는 동안에 말하면 황산의 비중은 점점 낮아지며 반면에 충전동안에는 물이 황산의 형대로 바뀌기 때문에 비중은 올라간다. 이것이 배터리의 중요한 특징이다.

공칭 전압 (Nominal Voltage) 배터리 전압의 표시에 사용하는 호칭으로서 배터리 전압은 6V, 12V이다. 이것은 3개의 극판군(CELL)과 6개의 극판군(CELL)이 직렬로 연결되어 있기 때문이고, 단전지당(CELL) 2V 이다.

전압과 온도와의 관계 전압은 전지 온도가 상승하면 높게 되고, 이의 변화는 1℃에 대하여 단전지당 0.2~ 0.3 mV 정도이다. 그러므로 온도에 따른 기전력의 변화는 극히 작은 값으로 온도의 범위가 크지 않다면 실용상 무시하여도 된다. 충전 또는 방전후 1시간 이상 방치후의 안정된 개로 전압 (OPEN CIRCUIT VOLTAGE)이 해당 전지의 전압이 된다.

방정종지 전압 (Final Voltage, Test End Voltage) 일반적으로 배터리는 어느 정도 방전하면 그후의 전압 강하는 매우 급격하며, 어느 한도까지 방전하면 과방전되어 배터리에 악영향을 미친다. 따라서 일정선 이상까지 방전하지 않기 위하여 어느 한도를 정할 필요가 있는데 이점을 "방전 종지 전압"이라 한다. 자동차용 배터리의 방전 종지 전압은 단전지당 1.75V(10.5V) 이나 통상적으로 극판의 형태에 따라 변한다. 일반적으로 방전종지 전압은 제품 사용 특성 및 용도에 따라 기준치가 서로 다르다.

배터리의 자지방전 배터리 용량 손실의 하나로서 충,방전중 및 개로의 상태에서도 자기방전이 이루어 진다. 이 자기방전은 외부에 방전함이 없이 축전지 내부에서 자연적으로 축전지의 용량을 감소시키는 작용을 말하며, 음극판의 Pb가 전해액(SO4)과 서서히 반응하여 황산납으로 변한다.

온도와 자기방전 배터리 온도가 높을수록 자기방전량은 증가하고 이 증가의 비율은 온도 25℃까지는 대략 직선으로 증가하며 그 이상의 온도에서는 가속적으로 증가한다. 불순물과 자기방전바륨, 백금, 금, 은, 동, 니켈, 안티몬 및 염산, 질산, 유기산등의 불순물이 양극, 음극 표면에 접착되면 현저하게 자기방전을 일으킨다.

가스 발생 수소가스의 폭발충전 말기에 발생하는 가스(GAS)는 수소와 산소가 혼합된 폭명 기체이다. 과충전 1AH당 단전지에서 약 0.34 ㎖의 물을 전기 분해하면 수소가스가 0.42ℓ, 산소가스가 약 0.21ℓ 발생한다. 이 발생가스는 무색, 무미, 무취이나 산무가 혼합되어 있으므로 시큼한 자극취를 가지고 있다. 수소가스의 폭발은 농도에 따라 다르며 다음과 같다.

수소 가스의 폭발 농도 수소농도 상 태 ( 1 기압에서) 3% 이하 변화 없음(실용상의 한계점은 보통 3% 이하임) 5% 이하 변화 없음 5-8.5% 연소함 (8%에서는 소리를 내고 연소함) 8.5-92% 폭발함 92% 이상 변화 없음

출처 : 배터리재생액

글쓴이 : 배터리 재생액 원글보기

메모 :