전지의 효율 > 공지사항

효율이란 어떤 에너지를 다른 종류의 에너지로 바꾸는 경우, 그 출력을 입력으로 나눈 값이다. 우리 주변의 전기기구의 효율을 예로 들자면 형광등 약 22%, 전구는 약 8%, 조리용 열판은 약 80%이다. 전지의 경우 1차전지와 2차전지는 효율을 구하는 방법이 크게 다르다.

1차 전지는 충전이라는 과정 없이 조립하는 즉시 전압이 발생한다. 즉 재료가 곧 입력에너지가 되는 셈이다. 따라서 1차 전지의 효율은 활물질의 “faraday”법칙을 적용하여 이론적인 발생 전력량을 구한 후 그것으로 실제 얻을 수 있는 전력량을 나누어 구한다.
1차 전지의 효율은 딱히 정해져 있는 것은 아니지만 일반적으로 단시간에 다 사용해버리는 경우에는 30~50% 작은 전류로 장시간 사용하면 100% 정도라고 할 수 있다.

한편 2차전지의 경우에는 충,방전 효율을 쉽게 구할 수 있다. 충전에 이용한 에너지(Wh)로 방전 할 수 있는 에너지를 나누면 된다. 그림에서 납전지의 효율을 구하는 한가지 방법이 나타나있다.

여기서는 일정 전류로 2v에서 1.8v가 될 때까지 방전하고 다시 2.2v까지 충전하고 있다.
이러한 경우 충전에너지로 방전에너지를 나눈 값이 효율(Wh) 이다. Ah로 효율을 표시하는 경우, 전류의 세기가 일정하므로 단순히 충전시간으로 방전시간을 나누면 된다. 단 실제로 전지가 이처럼 일정한 전류로 방전을 지속하는 것은 어렵다.

효율보다 훨씬 많이 전지의 사양에 표시되는 값은 “에너지밀도’로 Wh/kg 과 Wh/L이 있다. 각각 “중량효율” ‘부피효율” 이라고 불리기도 하지만 엄밀한 의미에서는 효율과는 다른 값이다. 그러나 이 값은 본래 의미의 효율보다도 전지의 성능을 종합적으로 잘 나타내고 있다, 단위 상으로는 용량(에너지)의 밀도이지만 앞서 말한 바와 같이 용량이라는 개념 안에 전압, 충방전 속도, 수명 등이 종합적으로 포함되어 있기 때문이다. 즉 에너지 밀도를 보면 전지의 제조기술의 발전 정도를 알 수 있으며 특히 활물질을 어느 정도 효과적으로 사용하고 있는지 알 수 있다.

표는 몇가지 2차 전지의 에너지 밀도를 나타내고 있다. 납 전지의 에너지밀도는 이론상 167Wh/kg이지만 실제로는 30~50Wh/kg에 불과하다. 이것은 활물질의 이용효율을 100% 로 만들 수 없고 또한 전지의 중량에 활물질 이외에도 물,격리판,격자,용기등이 포함되어 있기 때문이다.  에너지밀도를 60Wh/kg 이상 올리기는 쉽지 않을 것으로 전망되고 있다. 또한 전지의 용도에 다라 단위를 Wh/kg, Wh/L중 적절한 것으로 사용하는데 앞으로 플라스틱 전지가 실용화되면 재료가 가볍기 때문에 Wh/L이 훨씬 많이 쓰이게 될 것이다.