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작성일 : 08-02-23 16:42
올바른 "배터리" 사용법
 글쓴이 : 실라
조회 : 8,328  
배터리는 1차전지와 2차전지로 나뉘어 진다.
 
1차전지는 한번만 사용하는 전지로 수은(현재는 생산중단-공해문제),망간, 알카라인, 리튬전지가 있다.1차 전지는 원통형(Round Cell), 버튼형 그리고 기기 특성에 따라 변형된 배터리가 있다. 최근에 1차 전지를 충전하여 사용하는 경우도 있으나(알카바 전지), 분명히 배터리 사용 설명에 충전하지 말도록 경고하고 있다. 충전할 경우 전지 내부의 +극과 -극이 연결되면서 S합선이 일어 나기 때문에 사용기기의 고장발생 원인이 된다.
 
2차전지는 재충전하여 사용하는 배터리로 니켈 카드늄 (Ni-cd), 니켈 수소(Ni-MH), 납축전지(Lead_Acid), 리튬이온(Li-ion),리튬폴리머 등이 있다. 2차 전지중 Ni-cd 및 Ni-MH 는 표준형인 원통형(Round Cell)과 캠코더, 노트북 배터리에 사용되는 팩(Pack)모양 배터리가 있다. 일반적인 원통형(Round Cell)은 배터리 표면에 AA, AAA, C, D등이 표기 되어있다. 2차 전지는 약300회 정도 충전이 가능하며 매일 1번 충전, 방전 할 경우 1년 정도 수명을 갖게 된다. 배터리의 수명이란, 어느 순간에 사용하지 못하는 것이 아니고 점차적으로 사용시간이 줄어들게 되는 것이다.
배터리 규격은 전 세계 표준 규격을 사용하고 있다. 즉 카메라 배터리, 워크맨 배터리, 계산기, 시계 배터리등 제조사가 다를 뿐 사양은 동일하다.
 
1.니켈-카드뮴(Ni-Cd) : 가장 저가이며, 때문에 가장 범용으로 쓰이는 2차전지입니다.
하지만 메모리효과(완전방전하지않고 충전하면 용량이 줄어드는 효과)와 자연방전의 효과가 있어 그리 훌륭한 전지라고는 볼수 없습니다.
소형 진공청소기나 전동칫솔, 면도기 같은 소형 무선 전기제품이나 충전식 완구등에 거의 이 전지가 들어있습니다.
 
2.니켈-수소(Ni-MH) : 정확한 명칭은 니켈메탈수소 전지이며 니켈-카드뮴에 비해 용량은 커졌지만 여전히 메모리효과를 가지고 있습니다. 예전에 노트북 등에 주로 니켈-수소 전지를 사용했지만 요즘은 거의 리튬-이온을 대체되었습니다.
Hybrid Electric Vehicle의 전원으로 사용되는 Ni/MH 2차 전지는 기존의 전기자동차용 전지에 비해 높은 Specific power를 요구하는 전지(1-2)로서 이러한 출력 향상을 위해서는 전지의 전체 저항성분을 감소시키는 것이 필요하다. 최근에 SAff사에서 개발된 HEV용(Prismatic cell)전지의 경우는 음극저항이 전체저항의 40%이상을 차지하는 결과를 보고하고 있는데 따라서 Internal cell resistance를 감소시키기 위해서는 음극저항을 감소시키는 것이 필요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 음극제조조건을 최적화 한 결과 Nickel Plated Punched Steel 기판을 전류 집전체로 사용하고 증점제(Hydro-prophyl methyl cellulose, HPMC), Binder(Styrene Butadiene Rubber, SBR), Conductive powder(Acetylene Black, Ni powder, Cu powder)의 조성이 MH powder'92.98%, HPMC(1.8wt% solution) : 0.62%, Binder(6owt% SBR solution) : 2.4%, conductive powder(filamentary Ni 80% + Cu powder(2-3um) 20%) : 4.0%에서 가장 낮은 전지저항을 나타내었다. 두 번째로 EV용 음극재료인 수소저장합금의 분말화 공정으로 Gas Atomization을 이용한 분말화 실험에서는 급속 응고에 의한 전극특성의 향상과 기계적 분쇄와 비교하여 구형의 균일한 형태의 분말생산의 가능성을 관찰하였다. Gas atomization 조건을 최적화 하여 수소저장용량과 방전용량은 유지되면서 600cyc1es 후에도 97%이상의 방전용량을 보유하는 결과를 나타내 었다 
 
3.리튬-이온(Li-Ion) : 같은 크기안에 담을수 있는 전기용량이 최고입니다.
메모리 효과도 적습니다. 단 밧데리 안에 안정화 회로가 들어가야하고 전용의 충전기가 아니면 폭발의 위험도 있습니다. 가격이 비싼게 흠이지만 여러가지 장점(특히 부피에 비해 고용량을 충전할수 있기)때문에 요즘 대부분의 휴대폰이나 노트북, 디지탈카메라등에 많이 사용되고 있습니다.
리튬 폴리머 전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지(LIB)의 안전성 문제를 해결하기 위한 노력에 의해 만들어진 전지로 그 작동원리는 리튬이온 전지와 동일하며, 젤타입의 고분자 (Polymer)가 양극과 음극 사이의 분리막을 구성하며, 전해질의 역할까지 하는 것을 말한다.
리튬폴리머 전지는 이온 전도도가 우수한 고체 전해질을 사용, 액체전해질을 사용하던 전지의 단점인 누액 가능성과 폭발 위험성이 없다는 것이 가장 큰 장점이다.
또 고체 전해질을 사용하고 있어 형상을 다양하게 설계하는 것이 가능하며 휴대기기의 면적 전체를 활용할 수 있습니다.한 마디로 "종이처럼 얇고 가벼울 뿐만 아니라 어떠한 모양으로도 만들 수 있는 안전한 전지" 라 할 수 있다.
고출력 : 니카드전지나 니켈수소전지 약 3배의 Compact 효과가 있고 자가방전율은 니키드전지나 니켈수소전지보다 약 1/3 수준. 따라서 같은 성능의 납산배터리에 비해 부피와 중량이 작아 전동스쿠터 및 전동차에 적용사례가 늘어날 것으로 기대되나 현재로서는 가격대가 너무 높아 적용예가 적다. 단, 2006년~2009년 사이에 지속적으로 가격이 하락하여 현재가격의 1/2 이하로 가격하락이 진행되어 대중화할 수 있을 것으로 업계에서는 예측하고 있다.
환경친화적 : 카드뮴이나 수은 같은 환경을 오염시키는 중금속을 사용하지 않는다.
긴 수명 : 최소 500회 이상의 충방전 가능.

NiMH 〈전기〉 nickel metal hydride.
 
 
메모리 효과
니켈로 만든 전지에서는 활물질로 사용된 NiOH에서 OH가 떨어졌다 붙었다 하면서 전하를 전달하는 현상이 바로 충전과 방전이라는 전기적 흐름으로 나타납니다.
여기서 shallow charge-discharge를 반복을 하면, 즉 조금 사용하고 다시 충전하고, 조금 쓰고 또 충전하고 하면 NiOH는 고용체를 형성하게 되는데 이 고용체의 형성은 비 가역적인 반응이므로 한번 고용체가 생성이 되면 다시는 되돌아 가지 못하게 되어 남아있는 용량을 사용하지 못하게 됩니다. 이와같이 전지가 마치 사용할수 있는 용량의 한계를 기억하는 것과 같은 이러한 현상을 메모리효과 라고 합니다.
따라서 Ni(니켈)을 포함하고 있는 전지는 만충전(100%충전)하였다가 완전히 바닥이 날때까지 사용(단, 전지가 허용하는 방전하한 상태까지만)하는 것을 반복하는 것이 가장 잘 사용하는 방법입니다.
그러나 리튬이온배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 임의대로, 주변환경에 따라 수시로 충전하여 사용하여도 거의 수명에 영향을 미치지 않습니다. 오히려 조금쓰고 충전하고 조금쓰고 또 충전하고 하면 Ni-계 전지와는 정반대로 수명이 길어지는 효과(표현이 정확하지 못할지도 몰라요)가 있습니다.
이러한 이유때문에 리튬이온전지가 Ni-계 전지보다 훨씬 비싼데도 더 수요가 늘어나고 사용자가 찾게되는 것 입니다.

리튬이온 배터리의 수명
세상에 무한한 것은 없다고 합니다.  하물며 전지는...
앞서 언급한 바와 같이 리튬이온은 장수명을 가질 수 있도록 설계되어 있지만 하늘이 주신(?) 수명은 기껏해서 수천회 충방전입니다.
그런데 이것도 무엇으로 리튬이온전지를 만들었나에 따라, 아니면 제작업체의 기술력에 따라 달라진다고 합니다.  세계에서 가장 좋다는 일본 소니의 경우 4000회의 충방전에도 원래 용량을 유지한다고 합니다.
첫번째의 경우 전지의 활물질 성분에 따라 달라진다고 하더군요.
[ 활물질 TYPE 1 ]
특징 : 3칸에서 2칸까지는 서서히, 2칸에서 전원OFF까지는 급격한 타입
대강 아시겠죠. 주로 소용량 배터리의 경우입니다.
보통 500회 정도 : 그래서 소용량을 오래 못 씁니다.
[ 활물질 TYPE 2 ]
특징 : 3칸에서 2칸은 빨리, 2칸에서 전원 OFF 까지는 천천히 타입
주로 대용량 배터리입니다.
보통 1000회 : 삼성것은 보니 대용량은 원통형이 많습니다.
원통형은 같은 용량일때 각형보다 가볍습니다.
 
리튬이온 전지 오래 쓰는 법
이 부분이 오류가 가장 많은 부분입니다.  또 전문적인 재료, 화학 지식이 많이 필요한 부분입니다.
하여튼 결론은 되도록 완충/완방을 하지 않고 조금사용하고 충전하고 하는 것이 더 좋다 입니다. 
그런데 보통 전지를 사용하다 보면 용량이 적어진 것을 느낄 수 있습니다.  이때 다시 완충전/방전을 하면 용량이 다시 살아나는 것을 알 수 있습니다.  이것하고 수명을 혼돈하는 것입니다.
즉, 용량과 수명은 선형적인 관계가 아니다라는 것입니다.
용량이 다시 살아나는 이유는 복잡하던데, 하여튼 이온이 흘러가는 통로에서 여러가지 이유로 이온중 여러개가 극판까지 도달하지 못하게 되는 것이 많아지게 되는 것입니다. 이때 완충/완방전을 해주면 다시 잘 흐르게 되는 것 입니다. 이것은 용량 문제이지 수명문제가 아닙니다.
결론적으로 장수의 비결은 "조금만 사용하고 충전하며, 용량이 떨어졌다 판단되면 이때 완충/완방 한번 해주는 것" 입니다.

 
   
 

성구제작 아크릴강연…(6)
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