배터리의 크기와 모양이 다양한 이유

최근 유틸리티 서랍을 살펴보면 전자 장치에 전원을 공급하는 다양한 모양, 크기 및 유형의 배터리를 발견했을 것입니다.첫째, 시계와 작은 품목을 위한 원형의 비충전식 버튼 셀이 있습니다.계산기, 시계, 리모컨에 널리 사용되는 AA 및 AAA 원통형 배터리도 있습니다.그러면 노트북과 휴대폰에 충전식 리튬 이온 배터리가 있습니다.그리고 자동차의 납축 배터리도 잊지 마세요.

나는 교수입니다 배터리와 전기화학을 연구하다.배터리가 왜 많이 나오는지 이해하려면 다양한 크기와 모양 - 다양한 용도로 사용됩니다. 과거를 살펴보고 배터리가 어떻게 탄생했으며 수년에 걸쳐 어떻게 발전해왔는지 살펴보세요.

최초의 배터리는 1800년대에 만들어졌으며 매우 단순했습니다.첫 번째 시위 중 하나는 소금물에 담근 일련의 금속 디스크, 이탈리아 과학자 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)가 전류를 생성한다는 사실을 발견했습니다.최초의 납산 배터리는 다음과 같이 만들어졌습니다. 황산 한 병에 담긴 몇 조각의 납.현대판도 크게 다르지 않습니다.제조가 더 쉽고 성능을 향상시키기 위해 다양한 첨가제가 포함되어 있습니다.

모든 경우에 배터리는 동일한 방식으로 작동합니다.서로 다른 두 전극 사이의 전압 차이로 인해 전류가 생성되고, 이 전류는 방전되어 장치에 전력을 공급할 수 있습니다.그러면 충전식 배터리는 이 전류를 역전시켜 다시 충전할 수 있습니다.배터리 내부에서 전류는 액체인 전해질을 통한 이온의 흐름을 동반합니다.

전류에서 각 전자의 통과는 전해질을 통한 하나의 이온의 이동을 동반합니다.더 많은 이온을 저장할 수 있는 전극은 더 많은 전하를 보유할 수 있으므로 한 번의 충전으로 더 오래 지속되는 배터리로 이어집니다.더 빠른 이온 저장을 위해 설계된 전극은 고전력 응용 분야에서 더 빠르게 방전할 수 있는 배터리로 이어집니다.마지막으로, 성능 저하 없이 여러 번 충전과 방전이 가능하므로 배터리 수명이 길어집니다.

납산 배터리

납축전지는 1859년에 발명된 최초의 충전용 전지입니다. 가스통 플란테, 그는 산성 용액에서 납판을 실험하여 전류의 흐름과 저장이 역전될 수 있음을 발견했습니다.

납산 배터리는 자동차의 시동을 걸기에 충분한 충전량을 제공할 만큼 커야 합니다.또한 추운 기후에서도 사용할 수 있어야 하며 수년 동안 지속되어야 합니다.전해질은 부식성 산이기 때문에 외부 케이스는 사람과 자동차 부품을 가능한 모든 위험으로부터 보호하기 위해 견고해야 합니다.이 모든 것을 알면 현대 납축 배터리가 덩어리지고 무겁다는 것이 이해가 됩니다.

알카라인 배터리

반면, 계산기나 디지털 저울과 같은 가정용 기기는 충전이 많이 필요하지 않기 때문에 더 작은 배터리를 사용할 수 있습니다.이는 주로 수십 년 동안 사용되어 온 비충전식 알카라인 배터리입니다.표준화된 셀 크기는 AAAA, AAA, AA, C, D뿐만 아니라 버튼 및 코인 셀 등입니다.크기는 저장되는 전하량(배터리가 클수록 더 많이 보유) 및 전원을 공급하는 장치의 크기와 관련이 있습니다.

때로는 일반 9볼트 배터리처럼 직사각형 모양으로 판매되는 알카라인 배터리도 있지만 외부 케이싱을 열어라 그리고 당신은 그것들이 단지 내부에서 함께 연결된 몇 개의 원통형 셀이라는 것을 알게 될 것입니다.원통형 배터리는 너무 오래 전부터 널리 사용되어 왔기 때문에 회사가 다른 제품을 제조하는 것은 의미가 없습니다. 제조 시설을 변경하려면 투자가 필요하며, 원하지 않는 일입니다.

리튬 이온 배터리

니켈-카드뮴 배터리는 가전제품에 최초로 널리 사용된 충전용 배터리였으며 20세기 말까지 인기를 끌었습니다.그러나 그들에게는 함정이 있었습니다.카드뮴은 매우 독성이 강하며, 배터리는 "메모리 효과"로 인해 수명이 단축되었습니다.

리튬은 많은 에너지를 저장하는 경량 금속이라는 독특한 특성으로 인해 수십 년 동안 재충전 가능한 배터리에 잠재적으로 사용할 수 있도록 연구되었습니다.소니 최초 리튬이온 배터리 상용화 1991년에.

이 회사는 원통형 셀이 제조하기 가장 쉽기 때문에 원통형 셀을 만들었습니다.1990년대 소니는 캠코더와 테이프를 많이 만들고 있었기 때문에 많은 장비를 보유하고 있었습니다. 롤투롤 제조.이 장비의 용도를 변경하여 구리 또는 알루미늄 시트에 필름을 캐스팅한 다음 "젤리 롤" 실린더로 말아서 만드는 배터리 전극 롤을 생산하는 것은 자연스러운 일이었습니다.

이 두꺼운 케이스는 원통형 세포 기계적으로 강하며 또 다른 안전 층을 추가하기 위해 압력 릴리프 밸브가 있습니다.이러한 초기 리튬 이온 전지는 니켈-카드뮴 충전 배터리보다 더 많은 에너지를 저장하고 오래 지속되기 때문에 매우 빠르게 휴대용 전자 제품 시장, 특히 노트북과 휴대폰 시장을 장악했습니다.

배터리를 형성하는 요소

배터리는 비용과 제조 가능성 때문에 특정 크기와 모양으로 만들어지지만, 레거시 제조 공정으로 인해 만들어지는 경우도 있습니다.시장 수요도 중요한 역할을 합니다.

예를 들어, Tesla가 다른 EV 제조업체에서 사용하는 직사각형 파우치나 각형 셀이 아닌 원통형 리튬 이온 배터리 셀을 사용하여 자동차를 만들기 시작하기 전까지 전기 자동차는 출시되지 않았습니다.파우치형 셀과 각형 셀은 서로 촘촘하게 포장할 수 있지만 원통형 셀은 촘촘하게 포장할 수 있기 때문에 이미 대량생산 중 휴대용 전자제품의 경우 Tesla는 2010년대에 저가형 EV를 만들 수 있었습니다.

미래에 배터리의 모양과 크기는 얼마나 많은 에너지를 저장하는지뿐만 아니라 시장 경제, 즉 각 유형의 셀을 만드는 것이 얼마나 쉬운지, 만드는 데 드는 비용과 용도에 따라 달라집니다. 을 위한.그리고 이러한 요소에는 혁신과 역사가 혼합되어 있습니다.