프로젝트를 위한 배터리 화학 선택하기

휴대용 전원 공급 장치가 필요한 제품을 개발 중이라면, 당장 인기 있는 리튬 폴리머 배터리나 단순한 AA 배터리를 선택할 수 있습니다. 하지만, 그것이 정말로 귀하의 장치에 최적의 선택일까요? 다양한 옵션과 배터리 선택 시 고려해야 할 다른 사항들을 살펴보겠습니다.

고려해야 할 중요한 점들

엔지니어들이 배터리 선택에서 종종 간과하는 측면 중 하나는 제품이 최종 사용자에게 어떻게 전달될지입니다. 리튬 기반 배터리에 대한 배송 규정으로 인해, 리튬 폴리머 배터리가 탑재된 제품을 우편으로 최종 사용자에게 전달하기 어려울 수 있습니다. 하지만 배터리 배송은 규정만이 아니라, 예를 들어 납산 배터리는 매우 무겁기 때문에 무게로 인해 배송 비용이 상당히 발생할 수 있습니다. 이러한 단점들이 해당 배터리 유형에서 얻을 수 있는 어떤 이점보다 더 클 수 있습니다.

또 다른 종종 간과되는 고려 사항은 장치가 사용되는 환경 조건입니다. 제품이 야외나 산업 환경에서 사용될 경우, 일부 화학물질이 처리할 수 있는 것보다 훨씬 낮거나 높은 온도에 노출될 수 있습니다. 귀하의 실온 실험실에서 제품을 테스트할 때 모든 것이 좋아 보일 수 있지만, 제품이 캐나다에서 -40°C에 노출되거나 호주에서 +45°C의 주변 온도를 경험하면 갑자기 배터리가 예상대로 작동하지 않을 수 있습니다. 배터리는 화학 반응에 기반을 두고 있으며, -40°C에서는 화학 반응이 느려지거나 전해질이 완전히 얼어서 배터리가 기능을 멈출 수 있습니다. 호주의 예에서, 태양 아래 검은 상자는 쉽게 70°C를 넘을 수 있습니다. 이러한 높은 온도는 일부 화학물질이 화려한 방식으로 실패하게 할 수 있습니다.

귀하의 제품이 휴대용이라면, 배터리의 부피와 무게가 선택에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 보청기는 이에 대한 훌륭한 예입니다. 적어도 인간이 사용하기 위한 것이라면, 보청기에 납산 배터리를 볼 것으로 기대하지 않을 것입니다.

배터리의 전압도 귀하의 선택에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 프로젝트에 실용적인 전압을 달성하기 위해 여러 셀이 필요한 경우, 팩이 너무 크거나 비실용적일 수 있습니다. 전압과 밀접하게 관련된 것은 물론 전류입니다. 일부 배터리는 매우 높은 전류를 처리할 수 있고, 다른 배터리는 거의 전류를 생산하지 못할 수 있습니다. 모터, 밝은 LED, 또는 처리 능력에 대한 높은 전류 요구 사항이 있는 경우, 많은 화학물질을 즉시 배제할 수 있습니다.

이러한 고려 사항의 예로, 몇 년 전에 실험용 자동조종 장치가 장착된 소형 무인 농작물 촬영 항공기가 추락한 적이 있습니다. 추락은 6개월 동안 비가 오지 않은 밭 한가운데에서 42°C(107.6°F)의 바람이 부는 날에 발생했습니다. 큰 4셀 리튬 이온 폴리머 배터리가 부서지면서 한 셀이 고장 나기 시작했습니다. 이것이 다른 셀로 연쇄적으로 퍼져 나가면서 배출 가스가 불을 붙여 주변의 풀에 불을 붙였습니다. 우리는 이런 가능성에 대비해 소방차를 준비해 둔 행운이 있었기에 큰 재난을 피할 수 있었습니다. 그 이후로 우리는 연쇄 실패 모드를 보이지 않고 훨씬 더 안정적인 LiFePO4 셀만을 사용하게 되었습니다. 저는 리튬 이차 전지의 에너지 밀도가 필요했지만, 수백만 달러의 화재 손해 배상 책임을 지고 싶지는 않았습니다.

화재가 별거 아닌 것처럼 보일 수 있지만, 만약 이것이 비행 영역의 먼 끝, 멀리 있는 나무들 쪽에서 발생했다면 우리가 그곳에 도착할 때까지 엄청난 재난이 되었을 것입니다. 새로운 하드웨어/펌웨어를 테스트하며 수십 대의 항공기를 추락시켰지만, 이번이 처음으로 화재가 발생한 경우였습니다. 많은 테스트에도 불구하고, 배터리 행동의 극단적인 경우가 적절한 상황에서 문제를 일으킬 수 있다는 것을 보여줍니다.

1차 전지 대 2차 전지

배터리를 찾을 때 충전 가능한 배터리가 올바른 선택인지 고려해야 합니다. 장치에 충전 회로를 갖는 것은 매우 편리할 수 있지만, 상당한 규제 요구 사항과 안전 승인을 동반할 수 있습니다. 리튬 기반 배터리는 충전 방법에 민감하며, 잘못 다루면 화재 참사를 일으킬 수 있습니다. 다른 화학 물질은 과충전되어도 로켓 엔진으로 변하지 않고 만족합니다.

장기간 보관될 장치가 있고 사용될 때 놀라운 신뢰성이 필요하다면, 충전 가능한 배터리는 찾고 있는 해결책이 아닐 수 있습니다. 여러분이 접해본 예로는 개인 위치 신호기와 자동 외부 제세동기가 있습니다.

그렇다면 1차 전지와 2차 전지는 무엇일까요? 간단히 말해서, 1차 전지는 일회용입니다. 배터리 내의 화학 물질이 전하를 생성하지만, 그 반응을 충전하여 뒤집을 수는 없습니다. 2차 전지는 충전을 통해 재사용이 가능합니다.

1차 전지는 일반적으로 2차 전지 대비 상대적으로 높은 에너지 밀도와 저장 수명을 가집니다. 2차 전지는 방전된 후 교체할 필요가 없기 때문에 더 편리할 수 있지만, 오랜 기간 충전 상태로 저장할 수 없으며 같은 셀 크기에 대해 1차 전지와 비교할 수 있는 용량을 가지지 못할 수도 있습니다.

빠른 비교

여기 각 화학 물질에 대해 중요하다고 생각하는 요소들의 빠른 비교입니다.

1차 전지

방전 전류의 경우, C는 용량입니다. 따라서 2500mAh 배터리의 0.1C 방전은 250mAh가 됩니다.

2차 전지

니켈 카드뮴은 유럽 내에서 새로운 용도로는 사용이 금지되었습니다.

알칼라인

제조되는 배터리의 약 80%가 알칼라인 전지이므로, 가장 많이 접해본 배터리 화학일 가능성이 높습니다. 이들은 일차 전지로, 재충전이 불가능합니다. AAA, AA, C, D 사이즈의 일반적인 형태, 버튼 셀, 또는 셀 팩(9v 배터리) 등에서 찾아볼 수 있습니다. 이러한 일반적인 형태는 알칼라인 배터리에만 국한되지 않지만, 알칼라인 배터리를 찾을 수 있는 가장 표준화된 형태입니다.

알칼라인 배터리의 명목 전압은 1.5v입니다. 그러나 새 배터리는 품질에 따라 1.5v에서 1.65v 사이에서 변동됩니다. 완전히 방전된 셀은 대략 0.8v에서 1.0v의 휴식 전압을 가집니다.

이 전압 범위는 대부분의 전자 제품에 꽤 편리하며, 매우 낮은 드롭아웃 레귤레이터를 가진 세 개의 셀로 3.3v 장치를 작동시킬 수 있습니다. 셀의 용량이 끝나갈 때, 전압은 더 낮아지지만 대부분의 IC는 낮은 전압을 우아하게 처리할 것입니다. 그러나, 1.2v의 명목 전압을 가진 이차 전지와 동일한 셀 크기를 사용하기 때문에, 3.3v 장치를 구동하기 위해 일반적으로 사용하고 싶은 최소 팩은 4개 셀입니다.

알칼라인 셀에서의 방전 전류는 상대적으로 낮으며, 사용 가능한 용량은 전류 소모량과 직접적으로 관련이 있습니다. AA 사이즈 셀에서 25mA를 소모할 때, 약 2700mAh를 기대할 수 있습니다. 그러나 500mA 부하에서는 용량의 절반 정도만 사용 가능합니다.

알칼라인 배터리는 항공 운송에 대한 제한이 없으며, 전 세계의 거의 모든 식료품점, 편의점, 하드웨어 스토어에서 구할 수 있어, 소모된 배터리를 교체하기 매우 간단합니다. 명품 브랜드의 알칼라인은 상당히 비쌀 수 있지만, 저가 브랜드와 스토어 브랜드는 용량 손실이 매우 적으면서도 매우 저렴할 수 있으며, 심지어 명품 브랜드 옵션보다 더 큰 용량을 가질 수도 있습니다.

알칼라인 배터리의 주요 단점 중 하나는 누출되기 쉽다는 것입니다. 일부 명품 브랜드 셀은 100% 누출 방지를 보장하며 광고하고 있으며, 응용 프로그램에 따라 명품 브랜드 프리미엄을 지불하는 것이 가치가 있을 수 있습니다. 누출은 배터리가 방전되면서 수소 가스를 생성할 때 발생합니다. 이 가스는 케이스와 캡 사이의 절연을 실패하게 하거나, 환기구와 같은 다른 안전 장치가 열리게 할 수 있습니다. 일단 밀봉이 실패하면, 산이 결정 성장으로 누출되어 접촉하는 대부분의 금속을 부식시킬 것입니다.

알칼라인 배터리는 쉽게 재활용될 수 있으며, 전 세계의 많은 식료품점과 사무용품점(특히 유럽에서)이 이를 위한 재활용함을 제공합니다.

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리튬 (일차 전지)

소비자용 리튬 일차 전지에는 리튬 망간 이산화물(Li-MnO2)과 리튬 철 이황화물(Li-FeS2)의 두 가지 주요 화학물질이 있습니다. 리튬 망간 이산화물 전지는 3-3.3V의 명목 전압을 가지고 있으며 일반적으로 버튼 셀 포장에서 찾을 수 있습니다. 리튬 철 이황화물은 AAA/AA 사이즈 배터리에서 고방전/용량 알칼라인 대체 전지로 가장 흔하게 발견됩니다.

항공우주나 군사용 애플리케이션에서 일하고 있다면, 리튬 탄소 일불화물은 고온에서 낮은 자가 방전률을 위한 실현 가능한 옵션이며 우주에서의 애플리케이션을 위해 자격을 갖추고 있습니다. 높은 에너지 밀도는 이러한 애플리케이션에 이상적이지만, 그 비용은 소비자 제품에는 금지적입니다.

모든 화학물질의 리튬 배터리는 항공 운송에 제한됩니다. 일부 항공사, 택배 회사 및 우편 서비스는 전혀 운반하지 않거나 소비자 장비에 설치된 배터리로 운송을 제한할 수 있습니다. 불행히도, 이는 과도한 주의에서 비롯된 것이 아니라; 여러 화물 항공기가 부적절하게 포장되었거나 결함이 있는 셀로 인해 리튬 일차 및 이차 셀 화재로 인해 손실되었습니다. 리튬 배터리와 관련된 여러 화재 사건이 있었으며, NTSB 및 CTSB 기록을 검색하면 찾을 수 있습니다.

리튬 망간 이산화물

이 화학물질의 리튬 셀은 시장에서 가장 흔합니다. 낮은 자가 방전과 높은 에너지 밀도로 인해 시계나 실시간 시계 배터리를 작동시키는 데 자주 사용됩니다. 고온에서는 자가 방전률이 급격히 상승하여 실온 애플리케이션에 가장 적합합니다.

셀의 명목 전압은 3.0V이지만, 새 셀은 약 3.3V의 개방 회로 전압을 제공합니다. 완전히 방전되면, 셀은 약 2.0V의 개방 회로 전압을 가집니다. 2500mAh 셀에서는 5mA와 100mA 사이의 방전률이 사용 가능한 용량에 미미한 영향을 미칩니다. 그러나 200mA 부하 하에서는 셀이 1700mAh의 사용 가능한 충전량만을 가지며, 300mA 부하에서는 이 수치가 약 1300mAh로 떨어집니다. 리튬 망간 이산화물 셀은 고전류의 짧은 펄스를 잘 처리하지만, 연속 부하는 처리하지 못합니다. 그들의 사용 가능한 전류도 온도에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, 60°C에서 앞서 언급한 2500mAh 셀에 40mA 부하를 가하면 전체 2500mAh를 소비할 수 있지만, 0°C에서는 이 수치가 약 2200mAh로 떨어집니다. 그리고 -10°C와 -20°C 사이에서는 1800mAh에서 1000mAh 이상으로 급격히 떨어집니다.

가장 일반적인 동전 셀 크기는 전 세계의 편의점과 식료품점에서 쉽게 구할 수 있습니다. 불행히도, 이것들은 같은 포장에서 더 저렴한 알칼라인 대체품 옆에 있을 수도 있습니다. 최종 사용자는 높은 방전 펄스나 리튬 셀의 훨씬 더 큰 용량을 요구하는 경우 장치가 사양대로 작동하지 않을 수 있으므로 알칼라인 셀을 대체품으로 모르고 사용할 수 있습니다.

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리튬 철 이황화물

매우 낮은 온도에서 사용할 배터리가 필요하다면, 리튬 철 이산화 배터리만큼 경쟁할 것이 별로 없습니다. 이 배터리들은 흔히 에너자이저 리튬/리튬 어드밴스드 AAA 또는 AA 사이즈 셀로 발견됩니다. 이 셀들의 와트시당 가격은 알칼라인 배터리에 비해 매우 높습니다. 하지만, 애플리케이션이 긴 서비스 수명을 요구하거나 방전된 배터리를 교체하기 어려울 경우, 이들은 유일한 실행 가능한 옵션이 될 수 있습니다. 저는 -50°C에서 성능이 요구되는 애플리케이션에서 이 배터리를 사용했으며, 작동한 유일한 배터리였습니다.

이 셀들은 정격 전압이 1.5v이며 완전히 충전된 개방 회로 전압은 약 1.7v입니다. 완전히 방전되면, 셀은 개방 회로에서 약 0.8v로 떨어집니다. 이 배터리들의 저온 성능 외에도, 이들은 상대적으로 높은 연속 방전률을 매우 잘 처리합니다. AA 형태의 에너자이저 얼티밋 리튬 셀은 알칼라인 셀의 거의 두 배에 달하는 용량을 가지며, 가장 주목할 만한 점은 1암페어 부하 하에서 이 용량이 거의 떨어지지 않는다는 것입니다. 1암페어 부하 하에서, 셀은 거의 모든 3500mAh 용량을 유지할 것이며, 알칼라인 배터리는 정격 저전류 용량의 1/3 미만을 사용할 수 있을 것입니다.

이 셀들은 전 세계 대부분의 큰 매장에서 찾을 수 있습니다. 상대적으로 높은 비용 때문에 작은 편의점에서는 항상 가지고 있지 않을 수 있습니다.

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산화아연

때때로 아연-공기 배터리라고 불리는 이 배터리들은 제한된 범위의 크기에서 찾을 수 있습니다. 주로, 이 배터리들은 보청기에 사용되며 엄청난 용량을 가지고 있지만, 활성화되면 매우 짧은 수명을 가집니다. 산화아연 배터리는 한쪽 면에 스티커가 붙어 있어 공기가 들어오는 것을 막습니다. 공기 중의 산소가 음극을 형성하므로, 스티커를 제거하면 배터리가 작동할 수 있습니다. 배터리의 음극은 대기 중의 수분을 끌어들이고 효율성이 떨어지며, 전도성을 감소시키는 이산화탄소와 반응하는 전해질로 포화됩니다. 이러한 특성으로 인해, 셀은 노출된 후 사용량에 관계없이 대략 7일에서 12일의 서비스 수명을 가집니다. 매우 작은 형태 요소로 자주 배터리를 교체할 수 있는 애플리케이션이 있다면, 이 배터리가 당신에게 적합할 수 있습니다.

산화아연 배터리는 정격 전압이 1.4v이며, 완전히 방전되었을 때 개방 회로 전압은 약 1.05v가 됩니다. 화학적 구성이 시장에서 가장 높은 에너지 밀도를 가지고 있음에도 불구하고, 방전률은 상당히 제한적입니다. 에너자이저는 600mAh 셀에서 2시간마다 24mA 펄스와 8mA의 연속 배출을 고배출로, 5mA의 배출을 표준으로 간주합니다. 방전 용량은 또한 온도에 매우 의존적이며, 화학 반응은 대략 -10⁰C 이하에서 실용적이지 않습니다.

보청기 배터리는 전 세계 어떤 종류의 배터리를 판매하는 대부분의 매장과 약국에서 구입할 수 있습니다. 이 배터리들의 쉬운 구매 가능성은 짧은 수명에도 불구하고 매우 매력적일 수 있습니다.

은화

은화 전지는 동전 형태로만 찾아볼 수 있으며 상대적으로 비싼 편입니다. 같은 크기와 전압의 알칼라인 배터리는 쉽게 구할 수 있지만, 용량이 훨씬 낮습니다. 소형이면서 저전류 솔루션을 필요로 하고, 수년간의 사용 수명과 높은 용량을 원한다면 은화 전지를 고려해볼 수 있습니다.

정격 전압은 알칼라인 전지보다 약간 높은 1.55v이며, 전지는 1.2v까지 방전될 수 있습니다. 용량은 실온에서 -20⁰C까지 선형적으로 감소하며, 이때 전지는 실온에서 사용 가능한 용량의 약 50%를 가집니다. 은화 전지는 매우 낮은 방전 성능을 가지고 있으며, 대부분의 데이터시트는 0.2mA에 대한 방전 곡선만을 제공하며, 펄스 부하 능력에 대한 시연은 없습니다.

은화 전지는 같은 크기의 알칼라인 배터리보다 찾기 어렵습니다. 영국의 현지 상점에서 찾아보았을 때, 저는 알칼라인과 리튬 버튼 셀 배터리만을 찾을 수 있었습니다. 온라인으로는 쉽게 구할 수 있지만, 장보기를 하면서 대체 전지를 쉽게 구할 수 있는 것은 아닐 것입니다.

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납축전지

납축전지는 와트시당 가격이 매우 저렴하지만, 상당히 부피가 크고 매우 무겁습니다. 자동차와 경보 시스템에서 흔히 찾아볼 수 있습니다. 고정된 원격 위치에서 시스템을 운영해야 하고 낮 동안에 태양 에너지로 충전할 수 있는 경우, 납축전지가 당신이 찾고 있는 것일 수 있습니다. 이 배터리들은 충전에 있어서 특별히 까다롭지 않으며 매우 안전하고, 100암페어-시간의 레저 배터리는 대부분의 시스템을 매우 신뢰성 있게 장기간 운영할 수 있습니다.

납축전지의 정격 전압은 셀 당 2.1v이지만, 단일 셀로는 거의 제공되지 않습니다. 일반적으로 3, 6, 또는 12 셀 구성으로 제공되며, 경보 배터리는 3 또는 6 셀, 자동차 및 레저 배터리는 6 셀, 트럭 배터리는 12 셀을 가집니다. 짧은 시간 동안의 방전률은 상당히 인상적이며, 일반적인 경트럭 배터리는 추운 환경에서 7C 이상 방전됩니다.

납과 황산으로 구성된 배터리의 폐기는 어려울 수 있으며, 손상된 경우 매우 위험할 수 있습니다. 일반적으로 새 배터리를 구입할 때, 이전 것을 재활용을 위해 교환할 수 있습니다.

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니켈 카드뮴

니켈 카드뮴 배터리는 거의 완전히 NiMH로 대체된 오래된 기술이며, 유럽에서는 모든 새로운 응용 프로그램에 대해 이 화학물질이 금지되어 있습니다. 이 셀들은 매우 저렴하고 매우 높은 방전률을 처리할 수 있어 매력적이지만, 환경적 위험이 이러한 화학물질의 소소한 비용 이점을 상쇄합니다.

유럽에서의 사용 제한으로 인해, 이 화학물질은 구식으로 간주되며 어떠한 새로운 설계에서도 사용되어서는 안 됩니다.

니켈 금속 수소화물

니켈 카드뮴과 달리, 니켈 금속 수소화물 전지는 전 세계적으로 풍부하게 사용 가능합니다. 소비자 기기를 작업 중이라면, NiMH 배터리는 보조 전지로 매우 강력한 후보입니다. 리튬 기반 보조 전지만큼의 에너지 밀도는 없지만, 운송에 대한 제한이 없고, 제대로 충전하지 않아도 불이 붙지 않으며, 매우 저렴합니다. 니켈 금속 수소화물 전지는 고방전 응용에는 적합하지 않으며, 자체 방전 특성이 높습니다. 자체 방전이 낮은 새로운 화학물질이 있지만, 이 전지들의 에너지 밀도는 여전히 낮습니다.

NiMH 배터리의 명목 전압은 동일한 크기의 알칼라인 배터리보다 낮아, 1.2v이며 알칼라인의 1.5v보다 낮습니다. 이는 알칼라인의 더 높은 전압을 위해 설계된 회로에서 문제를 일으킬 수 있습니다. 완전히 방전되었을 때, 전지는 약 0.9v의 개방 회로 전압을 가집니다. 화학물질이 지속적인 고방전 전류에 적합하지 않음에도 불구하고, 2C 방전을 처리할 수 있습니다.

NiMH 전지의 자체 방전은 주요 문제가 될 수 있습니다. 자체 방전이 낮다고 광고되는 새로운 화학물질은 월 1%의 용량만을 잃을 수 있으며, 이는 일차 전지와 유사합니다. 이는 전지의 용량이 약 8-10% 감소하는 대가를 치릅니다. 반면에, 자체 방전이 낮지 않은 화학물질은 충전 후 첫 날에 20%의 충전량을 잃고, 이후에는 하루에 최대 4%까지 잃을 수 있습니다. 전류 소모가 적은 응용 프로그램의 경우, 자체 방전이 낮은 전지의 용량 손실은 연장된 서비스 수명으로 충분히 상쇄될 수 있습니다.

NiMH 전지는 널리 사용 가능하지만, 용량을 확인하기 위해 포장을 확인하는 것이 매우 중요합니다. C 및 D와 같은 큰 전지 크기에서, 유명 브랜드는 기대한 용량의 소수에 해당하는 작은 전지를 플라스틱 케이스에 장착하는 것으로 알려져 있으며, 덜 알려진 브랜드보다 더 높은 가격에 판매됩니다. 이는 Energizer와 같은 브랜드에서 AA, C, D 전지를 모두 동일한 용량과 비슷한 무게로 쉽게 찾을 수 있음을 의미합니다.

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니켈 아연

니켈 금속 수소화물의 알칼라인보다 낮은 전압이 귀하의 응용 프로그램에 실용적이지 않다면, 더 높은 전압을 가진 니켈 아연이 귀하가 찾고 있는 것일 수 있습니다. 니켈 아연의 발명은 1901년으로 거슬러 올라가지만, 매우 제한된 배터리 수명을 해결한 후에 최근에 상업적 옵션이 실행 가능해졌습니다. 이제 NiZn 전지는 NiMH 전지와 비슷한 수의 사이클에 도달할 수 있습니다. 불행히도, 이 전지들은 상당히 높은 자체 방전을 가지고 있으며, 약 30 사이클 후에는 상당히 증가하는 것으로 보고되었습니다.

NiZn 화학은 명목상 1.65v를 제공하지만, 충전 후에는 1.85v까지 높아질 수 있습니다. NiMH나 알칼라인 전지를 예상하는 설계에서는 직렬로 연결된 셀의 수에 따라 일부 구성 요소의 등급을 초과하는 전압을 발견할 수 있습니다. 완전히 방전된 경우, 셀은 1.1v 또는 1.2v에 남게 됩니다. 이 셀들은 일반적으로 3C 이상의 방전을 보여주는 제조업체 데이터시트 그래프를 가지고 있으며, 방전 용량에서 무시할 수 있는 하락만을 보여주어 고전류 장치나 고전류 펄스가 있는 장치에 매우 매력적입니다.

이 셀들의 자체 방전은 제 의견으로는 가장 큰 단점입니다. 한 달에 10% 이상으로 상당히 많습니다! 만약 여러분의 애플리케이션이 몇 달 동안 배터리를 지속해야 한다면, NiZn 셀은 선택에서 제외될 수 있습니다. 만약 더 높은 전류나 NiMH보다 높은 전압이 필요하고, 배터리를 더 자주 충전할 수 있다면 문제가 되지 않을 수 있습니다.

현재 NiZn 셀은 주로 AAA와 AA 형태로 가장 쉽게 구할 수 있으며, 저는 온라인에서만 찾을 수 있었습니다. 영국의 전자제품 및 사진용품 매장에서는 이를 구비하고 있지 않았습니다.

리튬 (2차 전지)

1차 전지와 마찬가지로, 리튬 2차 전지는 화염의 파멸로 변할 수 있는 경향 때문에 여행 시 크게 제한됩니다. 휴대폰, 노트북, 또는 태블릿이 화염구로 변하는 이야기를 미디어에서 들어보셨을 겁니다! 글쎄요, 그것은 리튬 배터리 때문입니다. 많은 국가에서 항공 화물은 금지되어 있으며, 지상 화물도 제한될 수 있습니다. 이는 통합된 충전식 리튬 배터리가 있는 제품을 판매하기 매우 어렵게 만듭니다. 저는 리튬 2차 전지와 많은 경험을 가지고 있으며, 화재의 위험이 과장되었다고 느끼지만, 화재가 발생한 적이 있으며, 확실히 염두에 두어야 할 사항입니다.

리튬 전지는 매우 매력적인 에너지 밀도와 일부 화학에서 엄청난 방전 속도를 가지고 있습니다. 그러나, 이 변동성은 과방전, 과충전, 과열, 그리고 너무 높은 전류 소모에 매우 민감하다는 것을 의미합니다. 리튬 2차 전지를 사용하는 경우, 충전 및 배터리 보호 회로가 적합한지 확인해야 합니다. 배터리가 방전이나 충전으로 너무 뜨거워지는 경우 장치를 종료할 수 있도록 설계에 리튬 전지에 열 센서를 부착하는 것이 매우 일반적입니다.

리튬 배터리에는 많은 화학물질이 사용되며, 실제로 무엇을 구입하는지 모를 수 있습니다. 가장 흔히 보게 될 것은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)로, 일반적으로 ‘ICR’로 표시됩니다. 인기를 얻고 있는 것은 리튬 망간 산화물(LiMn2O4)로, 일반적으로 ‘IMR’로 표시됩니다. 망간은 코발트보다 훨씬 저렴하며, 더 높은 셀 전압(3.9v 명목 대 3.7v 명목)을 결과로 합니다. 그러나, 망간 셀은 더 낮은 에너지 밀도를 가집니다. 고방전 셀은 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(LiNixMnyCo1-x-yO2)일 수 있으며, ‘INR’로 표시됩니다. INR 셀은 또한 매우 좋은 에너지 밀도를 가지고 있으며, 전기차에서 찾을 수 있는 것입니다. 이들은 모두 리튬 이온 기술로, 리튬 이온 폴리머 구조로도 사용할 수 있습니다. 리튬 철 인산염(LiFePO4)은 별도로 논의됩니다.

리튬 이온 대 리튬 이온 폴리머

두 가지의 주요 차이점은 제조 방법입니다. 리튬 폴리머 셀은 젤 전해질이 있는 얇은 다공성 폴리머 막을 사용하여, 더 높은 에너지 밀도와 더 높은 방전 속도 잠재력을 가집니다. 이 얇은 폴리머 막은 또한 폴리머 셀이 더 불안정하게 만들며, 셀이 단락되거나 과열로 인해 문제가 발생하기 쉽습니다. 이것은 더 높은 에너지 밀도와 결합될 때, 더 활발한 실패를 가능하게 합니다.

원통형 셀과 프리즘형(파우치) 셀 모두에서 두 가지 구조를 찾을 수 있습니다. 일반적으로 리튬 이온의 비용이 더 낮으며, 구조가 덜 복잡하기 때문입니다.

3.7v 명목 화학물질은 모두 4.2v의 최대 충전 전압을 가지며, 3.0v 이하로 방전되어서는 안 됩니다. 셀 당 2.8v 이하로 방전된 배터리는 손상을 입게 되며, 그 수명이 줄어들고 충전 중이나 큰 방전 중에 불안정해질 위험이 커집니다.

리튬 철 인산염

LiFePO4는 다른 리튬 이온 셀에 비해 좀 더 차분하고, 약간 낮은 밀도, 낮은 전압의 사촌입니다.

리튬 철 인산염은 명목상 3.2v의 전압을 제공하며, 2.2v 이하로 방전되어서는 안 됩니다. 2.0v까지 방전하는 것은 셀에 손상을 입힐 위험이 있습니다. 리튬 이온, 특히 리튬 이온 폴리머에 비해 같은 무게/부피에 대해 약 20% 낮은 최대 방전 전류와 용량을 가집니다. 만약 귀하의 응용 프로그램이 높은 방전을 요구하지만 다른 리튬 옵션보다 개선된 안전성도 필요한 경우, 이 셀이 적합할 수 있습니다.

화재에 대한 내 이야기에 대한 주석으로, 당시에는 버그를 해결하면서 일주일에 한두 대의 비행기를 추락시키고 있었습니다. 일반적으로 셀은 바나나처럼 보일 수 있고 괜찮을 수 있지만, 내부적으로 단락되어 화재를 일으키는 한 번의 사건으로 많은 손상을 입힐 수 있습니다. 용량이 작은 리튬 이온 폴리머 셀은 화재를 일으키기가 상당히 어렵습니다. 저는 100-200mAh 등급의 팩을 화재가 발생할 정도로 심하게 손상시키려고 매우 노력했지만 성공하지 못했습니다. 그러나 작은 배터리를 과충전하는 것은 상당히 나쁜 결과를 초래할 가능성이 높습니다.

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