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댓글로 달려다 많은 분들이 보실 수 있게 새 글로 씁니다.
저는 현재 대학원에서 리튬이온전지 분야를 전공하고 있는 박사과정 학생입니다.
제가 몇가지 설명을 더 드리고 싶습니다.
우선 결론부터 말씀드리면 상용화된 배터리의 수명을 늘리는 방법은 있긴 하지만 그 효과는 미미하므로
그냥 맘 편히 막 쓰시라고 권해드리고 싶습니다.
그리고 아래 글에는 잘못 나온 내용이 있는데 실제 사용하는 배터리의 용량은 그 이론값의 50% 정도 밖에 되지 않습니다.
리튬이온전지의 양극물질은 LiCoO2 리튬코발트옥사이드 인데 여기에서 Li 을 빼서 음극인 C (그라파이트) 로 이동시키면 충전이 되며
이론상 분자식당 1개의 Li 을 뺄 수가 있으나 실제적으로는 0.5 개밖에 빼질 못합니다. (실제 50% 용량)
그 이상 충전(과충전) 이 되면 Co 의 t2g-eg 오비탈과 O 의 2p 오비탈 간의 에너지 차이가 없어지므로 Co 대신 O 가 산화되어 O2 (산소)기체가 되고
가연성 물질인 전해질과 결합하거나 셀 패키징 속에 가스를 채워 최악의 경우 터지게 됩니다. (각종 보호회로가 제 역할을 못할시)
배터리는 대략 1만 번 정도의 충방전을 거치면 그 용량의 50% 정도가 소실되는데 이 기간이 일상적으로 3년 정도 입니다.
따라서 3년 정도 후에는 더이상 사용이 어려워지는 경우가 많습니다.
참고로 충방전에도 여러가지가 있는데 Depth of charge/discharge 는 한번에 얼만큼 사용하는가를 나타내는 척도 입니다.
자주 충전해가면서 쓰면 Depth of charge/discharge 가 작고 완전방전/완전충전이면 반대로 큰데 이건 작을 수록 좋습니다.
말씀드린 것처럼 Li 을 LiCoO2 에서 빼는 것이 충전인데 많이 빼면 예를 들어 젠가 같은 게임에서 블록을 많이 빼면 쉽게 무너지듯이
배터리도 완충시엔 구조가 불안정 해집니다. 물론 이론값의 50% 정도로 제한이 되긴 하지만 완충/완방 이 잦을 수록 수명은 줄어들게 됩니다.
그러나 말씀드렸듯이 차이는 그리 크지 않으며 그냥 맘 편히 쓰시다가 바꾸시는 걸 추천합니다.
만약 택도 없는 기간에 배터리 사용량이 급격히 줄어든다면 배터리불량일 가능성이 높으며 보증기간을 이용해서 꼭 교환받으시길 바랍니다.
AS기사가 배터리는 소모품입니다 드립을 날리면
충전이 안되는 것과 방전이 급격하게 되는 것은 완전히 다른 얘기이므로
대답으로 배터리 Self-discharge rate 를 한번 측정해 보라고 답하시면 됩니다.
(수명이 다한 배터리는 충전이 되지 않습니다.)
(그림에서 보시면 Li 이 빠져나간 빈자리가 많아질수록 CoO2 층간 거리가 점점 멀어집니다. 완전히 비워지게 되면 구조안정성이 급격히 줄어들게 되고요.)
댓글 56
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방드르디
2013.09.10 12:47
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SP634
2013.09.11 01:17
저도 박사과정 7년만에 깨달았습니다ㅋㅋㅋ (사실 별거없다는 것을요...)
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철학의기초이론
2013.09.10 12:49
오오 좋은정보 고맙습니다^^ -
SP634
2013.09.11 01:18
감사합니다. 그나마 조금 아는게 나와 다행이에요ㅋㅋ
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오리스찬
2013.09.10 13:06
좋은 말씀 감사합니다.
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SP634
2013.09.11 01:18
좋게 봐 주셔서 감사합니다.
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로부스토
2013.09.10 13:07
결론은 정말 이상하게 훅하니 빨리 닳지만 않음 그냥 쓰면 됩니다. 는 거군요.
감사합니다. ㅎㅎ
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SP634
2013.09.11 01:19
정답입니다. 관리하고 그러는거 괜히 스트레스만 더 받을수도 있으니까요. 그냥 맘편히!
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껌스
2013.09.10 13:15
주변에 워낙 흔한 배터리라 별로 신경을 안썼는데 생각해보니 신기하네요..
전기를 담을수 있다는 사실이 ㅎㅎ -
SP634
2013.09.11 01:37
고등학교때 배운 에너지 보존법칙, 즉 열역학 제1법칙이지요. 에너지의 변환!
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키위
2013.09.10 13:17
걍 쓰면 되는군요.... ^^
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SP634
2013.09.11 07:05
네 구멍만 뚫지 마세요ㅎㅎ
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pisces
2013.09.10 13:32
그렇군요.^
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SP634
2013.09.11 07:05
그렇습니다.ㅋ
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브라자
2013.09.10 13:48
잘 보았습니다~! ^^
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SP634
2013.09.11 07:05
개강하셨지요? ㅋㅋ 보스턴은 이제 겨울이 되나 봅니다.
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EMINEM
2013.09.10 14:04
그렇군요. 그렇다면 탈부착이 불가능한 전자기기는 3년이상은 쓰기가 힘들겠네요.. 결국 그냥 속편하게 쓰는게 좋은거였네요
좋은글 감사합니다. 추천~
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SP634
2013.09.11 07:07
물론 절대적이진 않습니다만 대략 그렇습니다. 회사에서도 배터리를 출고할때 평균 소비자가 3년 주기로 제품을 교체하는 것을 바탕으로 할 겁니다.
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Standard
2013.09.10 14:25
어렵군요~ 역시 아이폰은 2년 지나면 바꿔줘야하나..ㅠ
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SP634
2013.09.11 07:09
아이폰의 특성상 완전 방전 되는 경우가 많죠ㅋㅋ
제가 예전에 분해해 봤는데 Sanyo (지금은 Panasonic 에 흡수) 또는 LG화학 배터리가 들어갑니다.
패키징은 가히 완벽해서 별탈 없으면 3년은 너끈할 거고 2년은 짱짱하죠.
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자칼
2013.09.10 14:36
길게 써주셨지만 이해한 문장은 5줄 정도 밖에 안되네요;; 암튼 말씀하신대로 잘쓰다가 혹시 배터리 불량이면 셀프 디스차지 레이트 인가 뭔가 말해 보겠습니다 ㅋㅋㅋ -
SP634
2013.09.11 07:12
셀프디스차지는 완전 충전상태라도 조금씩 조금씩 방전이 되는 현상입니다.
예를 들어 노트북을 충전시켜서 가지고 다니다가 전원선을 연결하지 않은채로 켜면
분명히 완충해서 나왔음에도 실용량은 98% 이렇게 표시되는 현상이지요.
원인은 배터리 내부적으로 단선이 되어서 그렇습니다만
배터리 전극에서 일어나는 반응에 의해 그럴수도 있어서 용량이 소량 줄어드는 것은 정상입니다.
물론 100% 충전했는데 나중에 켜보니 50%다. 이 경우 불량입니다. (단 보증기간내에만...ㅋ)
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옴마니
2013.09.10 15:13
그러나 명쾌한 결론에 추천은 드리고 갑니다. ㅋ
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SP634
2013.09.11 07:15
감사합니다. 사실 다 필요없고 결론이 중요하지요ㅋㅋ
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zzassic
2013.09.10 15:36
너무 전문적이시다....감사~~~
막 쓰겠습니다...3년간 ㅋㅋ
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SP634
2013.09.11 07:16
비싼 돈 주고 사셨으니 맘대로 쓰셔야지요. 아무리 아껴도 팔때는 똥값이니까요ㅋㅋ
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은는
2013.09.10 17:20
이것이지라..~~ ㅋㅋ 아주 좋은답변 감사합니다!
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SP634
2013.09.11 07:17
감사합니다. 그냥 부담없이 쓰세요~
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우히히
2013.09.10 17:22
정리하면 예전 니카드처럼 완충/완방을 할 필요가 없이 자우 충반전을 하는 것이 좋다는 것인가요?
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SP634
2013.09.11 07:19
네 조금 쓰고 충전하고 하시는게 리튬이온전지를 오래 사용하는데 원칙적으로는 더 좋습니다.
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Gradiva
2013.09.10 19:20
시티즌 에코드라이브의 충전지도 궁금해지네요. 잘 쓰면 10-15년가능하고 이론적으로는 20년도 가능하다던데 말이죠. -
SP634
2013.09.11 07:24
에코드라이브는 태양전지와 리튬이온전지의 조합인걸로 알고 있습니다.
즉 태양전지가 거의 항상 완충상태를 유지시켜 주기 때문에 아마도 배터리의 사용량이 그렇게 크지 않아서 그런 것 같습니다.
용량이 100이면 거의 1정도만 쓰니까 상대적으로 더 오래쓰는 것 아닐까 유추해 봅니다.
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라페엘
2013.09.10 20:36
그냥 맘 편히 막 쓰시라고 권해드리고 싶습니다.
이게 정답입니다.
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SP634
2013.09.11 07:26
맘 편한게 최고죠! 관리하다 마음에 병이 납니다. "내가 열심히 관리했는데 용량이 줄어드네?" 이럼 낭패죠ㅎㅎㅎ
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제노양
2013.09.10 23:56
대학원때 많이 했던 내용이네요 ㅋㅋㅋㅋ
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SP634
2013.09.11 07:28
괜히 전문가 앞에서 아는 척 한 것은 아닌지 쑥스럽습니다ㅋㅋ
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푸르미
2013.09.11 00:28
좋은 정보입니다. 특히, 기사님이 '소모품' 운운할 때 꼭 필요한 내용입니다~
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SP634
2013.09.11 07:28
아마 배터리 테스팅 충방전기가 없을 거긴 한데 강하게 나가면 바꿔 줄겁니다ㅋㅋ
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Dugong
2013.09.11 00:41
좋은 정보네요. 예전 니켈 카드뮴은 완충/완방이 원칙이었는데... 리튬이온은 자주 살(짝)충/살방이 낫단 말인가요.
그런데 어디선가... 리튬이온 배터리가 공급전압에 더 민감하다 이런 이야기를 들은 것 같은데 그쪽에 대한 전문가로서의 견해는 어떠신지요?
그리고 보스턴의 이온전지쪽 박사과정이면.. 느낌상 M대가 아닐까 하는데.. 저도 H지방사립대 긴숲분교에서 일&연구하고 있습니다.
언제 시간되면 찰스강이나 걷죠. :)
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SP634
2013.09.11 07:40
네 니켈 카드뮴 전지하고 리튬이온전지하고는 충방전의 방식이 완전히 다릅니다.
물질마다 작동전압은 정해져 있습니다. 사실 리튬이온 전지의 전압인 3.7 V 는 평균값이고 3.5~3.8 V 사이의 값이 Li 의 조성에 따라 나오는데
이 값이 높으면 에너지 저장용량 면에서 유리하지만 안정성에서 불리합니다.
전압이 너무 높으면 전해질이 견디질 못하고 반대로 너무 낮으면 리튬이 음극에 고착되어 용량이 줄어들지요.
느낌의 그 학교가 맞습니다. 요즘 부쩍 힘이 드네요ㅋㅋㅋ 보스턴에 계신 분 꽤 되시니 나중에 정모나 한번 해요ㅋㅋ
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사이공 조
2013.09.11 02:50
너무나도 전문가적인 견해시네요..이해불가...
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SP634
2013.09.11 07:40
사실 저도 아직 다 모릅니다. 아마 그래서 더 쉽게 설명 못 드린 거 같네요ㅎㅎ
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yeshim
2013.09.11 09:23
좋은 정보네요.............^^
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SP634
2013.09.13 10:47
그래도 한 번 걸러서 흡수해 주세요ㅎㅎ
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사시미칼
2013.09.11 12:50
아래 글에 '반은 맞고 반은 틀렸다'라고 댓글 달았었는데.... 사실 지금 쓰신분과 아랫 분은 보는 관점이 좀 다릅니다. 아래 분은 BMS가 포함된 Pack상태 위주의 말이 많기 때문에 밑에 분 말 중에도 맞는 말이 있습니다. 또한 최종 소비자는 단품 Cell을 사용하지 않습니다. 지금 회사에서 타포 회원이 많아서..자세한 설명은 드리기 힘듭니다만, cell관련해서 쓰신 글 중에는 일반적이지 않은 내용도 보이네요.
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SP634
2013.09.13 10:58
우선 제 관점은 소재, 그 중에서도 양극쪽에 맞춰져 있습니다. 그래고 아랫분 말씀이 아주 틀렸다는 것도 아니구요. 단 BMS 로 컨트롤을 한다고 해도 기본적인 재료의 열화를 막을 수는 없기 때문에 원론적인 부분에서 아는 대로 설명을 해봤습니다. (상업화 된 기술적인 부분은 잘 모르기도 하고요.) 게다가 일반 휴대폰용 파우치셀 이나 랩탑용 18650 셀의 경우도 결국 소규모 셀로 이뤄진 팩이라서 단일 셀의 거동과 큰 차이가 없다는 가정이었고 이런 경우 BMS 의 제어기능의 그리 크지 않을 것이라 생각했습니다. 소형 배터리의 경우 BMS 는 주로 전압을 모니터해서 남은 용량 체크 정도 하지 않나요?
회로는 젬병이라 BMS 의 구동원리는 하나도 모릅니다만 적어도 제가 셀단위의 내용을 쓴 것 중에 일반적이지 않은 부분은 없는 것 같습니다.
혹시 알려주시면 큰 도움이 되겠습니다.
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클래식
2013.09.11 15:36
한가지 궁굼한 점이 있는데요...
하이브리드차를 포함해서 전기차에 사용되는 니켈수소나 리튬이온 배터리들의 수명은 어떤가요?
일반 휴대용기기에 들어가는 것과는 성능이 많이 다른가요?
충방전횟수, 주행거리 등등을 관련지어 생각할 문제겠지만,
현재의 기술수준에서 대강 말씀해주시면 좋겠습니다.
제조사는 아니라고 하지만, BMS포함 배터리 성능이 좋아졌다고 해도 몇 년 쓰면 교환을 해주어야하지 않을까 걱정이 되네요.
그렇다고 살 거는 아니지만요... ㅎㅎ
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사시미칼
2013.09.11 20:02
결론만 말씀드리면 IT용하고 성능이 다릅니다. 뿐만 아니라 충방전제어를 통해 수명도 깁니다. -
SP634
2013.09.13 11:13
제 짧은 소견으로는 전기차용 중대형 배터리의 패키징기술은 소형에 비하면 아직 한참 멀은 것으로 알고 있습니다.
가장 대용량의 배터리를 탑재한 차는 테슬라의 모델S 인데 이건 바로 노트북에 쓰이는 그 배터리가 약 8000개 가량 집적된 대규모의 팩입니다.
그도 그럴것이 아무리 패키징을 잘 한다고 해도 기본적인 에너지의 용량 특히 같은 부피에 담을 수 있는 에너지량 (Wh/L) 의 차이를 극복할 수 없고
이 에너지량은 현재 노트북 배터리에 사용되는 LiCoO2 가 단연 최고이기 때문입니다.
(재료만 놓고 봤을때) 노트북처럼 한 3~4년 정도면 수명이 다 하지 않을까 이렇게 보긴 하는데 테슬라에서 8년동안 보증한다고 하니 한번 두고볼 일이지요.
그리고 테슬라에서 중대형 배터리팩보다 소형 배터리 여러개를 집적한 것을 선호했다는 것은 가격을 포기한 대신 검증된 안정성을 취한 것 아닌가 생각이 듭니다.중대형 배터리는 충전시 발생되는 기체의 양이 어마어마하고 열도 많이 나서 패키징에 문제가 생길 여지가 많은 것으로 알고 있습니다.
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타이거우드
2013.09.11 17:57
좋은정보 감사합니다. ^^
우왘.....어렵다....+.+...... 하지만, 좋은 정보 감사합니다...^^