전지의 분류 : 종류 및 특성 비교

 

전지란 무엇인가?

 

전지는 생성된 전기를 저장하고, 필요한 곳에 전기를 공급하기 위한 장치를 의미한다. 가장 흔하게 사용되는 전지는 화학 전지로 화학에너지를 전기 에너지로 변화하는 장치를 의미한다. 

 

전지의 예시(리튬 이온 배터리)[출처:배터리인사이드(Battery Inside) 홈페이지]

 

전지의 분류

 

전지는 기본 원리에 따라 화학전지와 물리 전지, 생물전지로 구분할 수 있다. 화학 전지는 화학 반응을 통해 전기를 발생 시키는 장치이다. 대표적인 화학 전지로는 건전지, 리튬 이온 전지가 있다. 물지전지의 경우, 빛, 열, 원자력 등의 물리적인 현상을 이용하여 전기를 발생 시키는 장치이다. 대표적인 물리 전지로는 태양 전지, 열전지가 있다. 생물전지는 미생물의 호흡과정에서 발생하는 전자를 이용하여 전기를 생산하는 장치이다. 

 

전지의 분류

화학 전지

화학 전지에는 1차전지, 2차전지, 연료전지가 있다. 1차 전지는 정해진 용량을 다쓰면 더 이상 사용할 수 없는 일회용 전지이다. 대표적인 1차전지로는 알칼리 망간 건전지 등이있다. 반면에 2차 전지는 다 사용한 후에도 전기를 다시 충전해서 사용할 수 있는 전지를 말한다. 대표적인 2차 전지로는 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 등이 있다. 연료전지는 기체 상태인 수소화 산소의 반응을 촉매를 이용해 천천히 진행시키며, 여기서 발생하는 에너지를 열과 빛이 아닌 전기에너지로 변환하는 장치이다. 연료전지는 연료를 계속 공급해야 발전 상태가 유지되느며, 1차 전지와 2차 전지와 다르다. 

 

표. 화학 전지 비교

구분	1차 전지	2차 전지	연료 전지
정의	화학 반응을 이용하여 전기를 생산. 충전 불가능	화학 반응을 이용하여 전기를 생산. 충전 가능	수소와 산소의 화학 반응을 이용하여 전기를 생산
대표적인 종류	건전지, 알칼리 전지, 수은 전지	리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지, 납 축전지	수소 연료 전지
충전 가능 여부	불가능	가능	가능
용량	상대적으로 낮음	상대적으로 높음	높음
가격	저렴	비쌈	비쌈
수명	짦음	길음	길음
친환경성	낮음	높음	높음
활용	리모컨, 시계, 손전등	휴대폰, 노트북, 전기 자동차 등	전기 자동차, 버스, 비상 전원 공급 등
장점	저렴, 간편	높은 용량, 수명, 친환경성	높은 용량, 수명, 친환경성
단점	충전 불가능, 폐기물 발생	높은 가격, 낮은 효율	높은 가격, 수소 연료 저장 문제

 

물리 전지

물리 전지는 화학반응을 이용하지 않고, 빛, 압력, 열 등의 물리적인 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 장치이다. 대표적인 물리전지로는 태양에너지의 빛 에너지를 이용하는 태양 전지와 금속판의 온도 차이를 이용하는 열전지, 압력 또는 진동 에너지를 이용한 압전 전지 등이 있다. 

표. 물리 전지 비교

구분	태양 전지	열전지	압전 전지
에너지원	빛 에너지	열 에너지	압력 또는 진동 에너지
작동 원리	빛 에너지를 전기 에너지로 변환	온도 차이를 이용하여 전압 발생	압력 또는 진동에 의해 변형되어 전압 발생
활용	휴대용 전자 기기, 위성, 건물, 전기 자동차	휴대용 전자 기기, 위성, 건물, 전기 자동차	휴대용 전자 기기, 위성, 건물, 전기 자동차
대표적인 예	실리콘 태양 전지, 페로브스카이트 태양 전지	다이오드, 테르모필	압전 세라믹, 압전 센서

 

생물 전지

생물 전지는 미생물이 유기물을 분해하여 에너지는 얻는 원리를 이용한 전지이다. 이러한 미생물의 호흡과정에서 전자가 발생하며, 전자는 전자 전달 체계를 통해 이동한다. 이러한 전자를 포집하여 전류를 생산하는 것이 생물 전지이다 대표적인 생물 전지로는 혐기성 미생물을 이용한 혐기성 생물전지와 광합성을 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광합성 생물 전지가 있다. 

 

구분	혐기성 생물 전지	광합성 생물 전지
에너지원	유기물	태양 에너지
작동 원리	미생물의 호흡 과정에서 발생하는 전자를 이용	광합성 미생물의 활동을 이용
활용	센서 네트워크, 의료용 임플란트, 폐수 처리	수소 생산, 바이오 연료 생산
대표적인 예시	Microbial Fuel Cell	Biological Electrosynthesis
장점	친환경, 지속 가증, 저렴, 유지 관리 간편	낮은 효율, 낮은 출력, 광 에너지 의존
단점	낮은 효율, 낮은 출력, 장기적인 안정성 확보 필요	낮은 효율, 낮은 출력, 광 에너지 의존

 

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전지(배터리)는 에너지를 전장하고 필요에 따라 공급하는 장치이다. 각 전지 종류마다 장단점 및 활용 분야가 다르므로 사용 목적에 따라 적합한 전지를 선택하는 것이 필요하다.