베터리 메모리 효과의 논란

출처:  http://blog.naver.com/laputa69/100010609247
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항상 논란이 되는 문제들이 있는데 베터리에 대한 메모리 효과의 논란입니다.

사실 베터리는 우리의 일상 생활에서 정말 많이 쓰입니다. 그 종류도 정말 많지요.

망간 전지가 가장 일반적인 건전지 이지만, 요즘들어서는 1회용으로는 알카라인 전지가 많이 사용되며, 충전용으로는 니켈/수소 혹은 리튬/이온 전지를 많이 사용하지요.

메모리 효과라는 것은 어차피 1회용 전지에서는 통용되지 않는 말이니 생략하고 충전지에 대해서만 생각해 봅시다.

 

베터리는 근본적으로는 거의 같은 원리입니다. 심지어 우리가 사용하는 전자 부품속에 있는 콘덴서도 일정의 충전지입니다. 충/방전이 매우 빠른 타입이라고 할 수 있지요. 그래서 우리가 사용하는 전자제품은 반영구적이라고 하지만 사실 이 콘덴서 때문에 결국에는 수명이 있기 마련입니다. 반도체야...특성이 좀 저하되더라도 100년 1000년 사용할 수 있겠지만, 콘덴서는 10년 이상 지나면 그 특성이 아주 나빠집니다. 우리들의 베터리가 조루로 변하듯이 말입니다. 그래서 정밀한 기기들은 가능하면 콘덴서를 좋을 것을 사용하거나 가급적 세월의 흐름에도 잘 견디는 타입을 사용합니다. 그렇게 해도 콘덴서는 콘덴서이니.....점차로 특성이 나빠지는 것 자체를 막을 수는 없습니다. 대부분의 전자제품이 오래되면 오작동하거나 고장나는 원인이 콘덴서라고들 합니다. 공공연한 비밀이죠.

 

베터리는 기능별로 1차 전지(일회용)과 2차 전지(충전용)으로 구분되는데, 1차 전지에는 망간 건전지, 알카라인 건전지, 리튬 건전지, 산화은, 니켈 등이 있습니다. 2차 전지로는 납축전지, 니카드 전지, 니켈수소 전지, 리튬이온 전지, 리튬폴리머 전지가 있습니다. 실린더형도 있으며, 버튼형도 있습니다.

 

리튬전지는 종래의 망간 전지보다 약 2배의 고전압 특성이 있고, 전해질은 프로필렌탄산염 등 유기비수용액(有機非水溶液)이 쓰입니다. 니켈/수소 전지가 1.2V 전압특성을 보이는데 비해서, 리튬전지는 3.7V의 특성을 보이므로 약 3배의 공간 절약 효과가 있습니다. 요즘에 주로 카메라나 휴대폰 용으로 많이 사용됩니다.

 

니켈수소 충전지는 보통 Ni-MH라고 표기되며, 500회 이상 충방전이 가능하고(1,000회까지도 가능하다고 합니다) 내부저항이 낮아 안정된 전압 특성을 보여줍니다. 또한 카드뮴이나 수은등과 같은 사용이 규제된 공해물질을 포함하고 있지 않아서 비교적 친환경적이라고 할 수 있습니다.

 

니카드 충전지는 Ni-Cd라고 표기되죠. 음 ·양의 두 극판 모두 니켈 분말을 소결해서 얻은 다공성 금속판에 극물질을 스며들게 한 구조이며, 내부저항도 적습니다.

 

이외에 자동차에서 사용되는 납축 전지가 있습니다. 아이들 가지고 계신분들이 있다면, 요즘 많이들 사는 아이들이 타고 노는 모터가 내장된 자동차에 많이들 사용되지요. 그리고 코인처럼 생긴 전지가 있는데요. 보통 이런 타입은 원래 충전은 되지 않는다고 하지만, 전류를 흘려주면 조금은 충전이 됩니다. 이 전지는 산화은 전지라고도 하는데 전압이 상당히 안정되어 있는 것이 특징입니다. 보통 시계나 계산기, 카메라의 보조 전원으로 많이들 사용되지요.

 

이외에도 리튬/폴리머라는 종류의 충전지도 있지만, 아직 그렇게 많이 사용되즌 않고 있는것 같습니다. 리튬/폴리머는 현재 PDA 등에 주로 사용되고 있으며, 특성은 리튬/이온과 비슷합니다. 베터리 관리 방법이나 주의점은 리튬/이온을 참고하시면 됩니다. 리튬/폴리머는 무게당 에너지 밀도가 기존 전지에 비해 월등하므로 초경량 베터리를 구현할 수 있으며, 고분자 전해질을 사용하므로 하드 케이스가 필요하지 않아서 슬림한 초박형 베터리로 사용할 수도 있습니다. 셀당 평균전압은 3.6V로 리튬/이온과 비슷하며, 500회 이상 충전 및 방전이 가능합니다. 그러나, 리튬/폴리머 전지도 과충전하면 셀이 파손되고, 과방전해도 셀이 파손되는 등 전압에 따라서 전지를 보호할 수 있는 회로가 필수적입니다.

 

대략 4.2V에서 과충전되기 시작하여 4.37V를 넘어가면 셀이 파손될 수 있습니다. 또한 2.75V 이하로 떨어지면 과방전 상태로 되기 시작하여, 2.0V 이하로 전압이 떨어지면 셀이 파손될 수 있습니다. 리튬계열의 충전지는 모두 마찬가지입니다.

 

이러한 여러가지 베터리 중에서 완전방전이 치명적인 베터리들이 있습니다. 우선 완구용 어린이 자동차에 주로 사용되는 납축전지는 완전방전하면 쓸모가 없어집니다. 베터리 성능이 현저하게 떨어지게 되는 것이죠. 어린이용 뿐만 아니라 우리가 타고 다니는 자동차의 경우에도 마찬가지입니다. 자동차의 베터리를 오래 쓰기 위해서 완전방전한다는 소리 못들었지요? 그렇게 했다가는 매일 아침마다 베터리 때문에 속 썩습니다. 납축전지는 완전방전하면 베터리 성능이 현저히 저하되어 베터리를 교체하여야 합니다.

 

또한, 리튬이온 베터리의 경우에도 완전히 방전시키는 것을 권장하고 있지 않습니다. 기본적으로 리튬이온 베터리는 메모리 효과가 없습니다. 완전히 100%는 아니지만 거의 미미한 수준으로 무시해도 되는 정도의 메모리 효과만이 있을 뿐입니다. 단지, 전지는 메모리 효과 때문에 못쓰는 것이 아니라, 충방전의 수명이 정해져 있기 때문에 어느정도 횟수의 사용을 하게 되면 충전 용량이 줄어들게 됩니다. 이것은 메모리 현상과는 관련이 없는 것입니다.

 

자..이제 논란읳 핵심인 메모리 효과에 대해서 알아 봅시다. 니켈/카드뮴의 경우 완전히 방전시키지 않으면 메모리 효과가 생기고 이것이 화학적 변화를 일으켜 베터리 충전 용량의 감소를 가져옵니다. 따라서 꼭 방전 기능이 있는 충전기를 사용하는 것이 좋고, 일정 시간 마다 완전방전을 시켜주는 것이 좋습니다. 니켈/수소의 경우에도 니카드 전지보다는 메모리 효과가 적지만 그래도 어느정도는 존재하므로 가끔 방전시키는 것으로 충분합니다.

 

그러나, 리튬전지는 사정이 매우 다릅니다. 리튬이온 배터리는 음극(-)의 전하를 가지는 이온화된 리튬이 이동하는 것을 이용해서 전지로 동작하게 되어 있습니다. 이때 리튬은 양극의 어느 쪽에 있더라도 항상 이온의 상태를 유지하고 있으며 단자를 구성하고 있는 소재와 결합해 다른 상태로 바뀌는 일은 생기지 않습니다.

이러한 기본 원리 때문에 완전 방전되지 않은 상태에서 새롭게 충전을 해도 니카드 배터리처럼 완전 방전되지 않은 부분을 더 이상 쓸 수 없게 되는 메모리 효과를 일으켜 전체 배터리의 용량이 줄어드는 일은 없습니다. 하지만 많은 노트북 PC 혹은 휴대폰 사용자들은 오랫동안 충방전을 반복하고 나면 용량이 줄어드는 메모리 효과가 있다고 주장하고, 또 여러가지 증거를 들이 댑니다.

그러나, 결론부터 말한다면 리튬이온 배터리에는 절대로 메모리 효과가 생기지 않습니다. 하지만, 니카드 배터리에서 생기는 메모리 효과와 비슷한 현상이 발생하기도 합니다. 그런데, 이 두 가지 현상의 차이는 매우 크며, 증상이 비슷하다고 하여 똑 같다고 말해서는 안됩니다. 또한, 니카드 종류의 배터리의 메모리 현상은 근본적으로 해결할 수 없는 문제이지만 리튬이온 배터리에서의 현상은 일시적인 것으로써 그 원리를 알고 대처 방법을 알면 해결할 수 있기 때문에 이 기회를 빌어서 그러한 오해를 풀었으면 합니다.

리튬이온 베터리의 단점은 여러번 TV에서도 지적하였지만 폭발의 위험성이 매우 큽니다. 특히 공기중으로 노출되거나 수분과 접촉하면 폭탄처럼 폭발합니다. 또한 지나치게 과충전해도 폭발할 수 있습니다. 또한 순간적인 방전이나 지나친 방전을 하게 되면 베터리의 수명이 단축됩니다. 이러한 단점 때문에 리튬이온 베터리는 충방전을 관리하는 회로를 탑재하여야 합니다.

 

충방전을 관리하는 회로에는 마이크로 칩이 있는데, 마이크로 칩의 역할은 배터리를 충전하거나 방전할 때 항상 사용 가능한 최대의 용량을 찾아서 기억하고 충방전을 하도록 제어합니다. 하지만, 사용자의 충방전 습관에 따라서 마이크로 칩이 계산을 하는 포인트에 오차가 생길 수 있으며, 이러한 오차가 쌓이게 되면 최초로 사용할 수 있었던 배터리의 용량에서 훨씬 떨어질 때도 있습니다.

 

이러한 상황에 오게 되면 대부분의 노트북 PC 사용자들은 '메모리 효과'로 착각하게 되지만 실제로는 리튬이온 배터리에 내장돼 있는 마이크로 칩에 오차가 누적된 것입니다. 이것을 해결하기 위해서는 마이크로 칩에 배터리의 정확한 용량을 알려주어야만 하는데, 이것을 유도하기 위해서 시스템을 켜 놓은 상태에서 리튬이온 배터리가 완전히 방전돼 시스템이 꺼지게 놓아둡니다. 그리고 이것을 다시 완전 충전하고, 다시 완전 방전시키기를 약 2회 정도 반복하면 대부분의 마이크로 칩은 배터리의 원래 용량을 알게 됩니다.

 

자...이렇게 현상은 메모리 효과와 비슷해서 사람들은 리튬/이온 배터리도 메모리 효과가 있다고 주장하지만, 엄밀하게 따지자면 마이크로 칩의 오차에서 발생되는 현상이지 베터리 자체에는 메모리 효과가 없습니다.

단, 위와 같이 방전후 충전 해도 리튬 배터리의 충전 용량이 회복되지 않는다면, 그것은 배터리 자체의 수명이 많이 닳은 것입니다. 리튬이온 배터리는 극 재료로 사용되는 탄소의 분자 구조가 서서히 변화하면서 탄소와 결합되는 리튬 이온의 양이 매우 서서히 감소하게 되며, 이것은 자연적으로 수명이 닳아지는 것입니다.

 

시스템 차원에서 배터리의 충방전 기능을 초기화 해주는 것을 '배터리 캘리브레이션'이라고 하는데, 이것은 배터리의 성능이 조금 떨어졌다고 느껴질 때 한번씩 해주면 되며, 굳이 자주할 필요는 없습니다.

또한, 리튬이온 베터리를 보관할 때 주의해야 할 점이 있습니다. 보통 이것을 간과하시는 분들이 계신데요. 리튬이온 배터리는 심하게 방전되었을 경우(셀당 약 2.5V 이하) 수명에 치명적인 손상을 가져옵니다.

-보통 배터리 수명 연장을 위해 완충 완방을 권하지만 이 경우 완전 방전이라해도 팩속의 셀은 보호회로 덕분에 3V 이하로 떨어지지 않으므로 안심하셔도 됩니다-

그러나, 리튬이온 배터리가 비록 타 배터리에 비해 자가 방전률은 매우 낮지만 기기에서 분리하여 사용하지 않고 가만 놔두더라도 기종에 따라 자체 보호 회로가 항상 약 0.5 mA ~ 1 mA 또는 그 이상을 소비하고 있으므로 자연 방전 되는 전류와 합치면 꽤 많이 소비 됩니다.

배터리를 아끼기위해 아예 분리해서 보관하시는 분들과 2개 이상의 여분의 배터리를 번갈아 사용하시는 분들은 이점을 고려해서 주기적으로 (적어도 한달에 1번 정도, 늦어도 2달에 한번정도) 충전을 해서 보관하셔야합니다.

리튬 노트북 배터리팩의 경우 전압이 많이 떨어지면 보호회로가 작동이 안돼서 충,방전이 안되니 더이상 쓸수 없습니다. 회로만 정지된 경우에는 배터리 팩을 분해해서 충전하여 쓸 수도 있지만 전압이 너무많이 떨어졌던 경우는 리튬전지의 특성상 충전을해도 회복되지 않습니다.

또, 냉동실에 넣어두면 베터리가 회복된다는 소리들이 있는데요...이 논리는 배터리내(內) 화학물질의 온도조건이 확 달라지면서 일시적으로 반응해 순간적으로 전류를 낼 수 있거나 배터리 충전액의 움직입이 둔해져 발열량이 줄어들기 때문에 수명이 오래 간다는 것입니다. 그러나 이 효과는 거의 미미한 수준인데다 오히려 더 위험할 수 있다. 또한, 실험해 보시면 차이가 그닥 없음을 알 수 있습니다.

 

참고하시기 바랍니다.

 

참고 사이트 : http://gagabattery.co.kr (일부 내용 발췌)