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2016. 01. 14
제   목 : 배터리클럽 이야기(42) 날씨가 추운 겨울철에 자동차배터리를 왜 교체해야 할까요?
작성자 : 조회 : 1648

얼마 전 스마트폰 배터리가 기온 영향을 얼마나 받는지 알아보기 위해 100% 충전된 스마트폰을 서로 다른 온도에 두는 실험을 했다는 기사가 있었습니다.

 

 


실험 결과, 영하 온도에선 1시간 16분 만에, 실내 온도에선 2시간 8분 만에 방전됐다고 합니다. 매체는 해당 요인을 스마트폰 배터리에 쓰이는 리튬이온 전지로 꼽았는데 낮은 온도에선 전지 속 액체 전해질 움직임이 느려지고, 이에 따라 이튬 이온 운반이 힘들어져 전지 성능이 떨어진다고 했습니다.

한국과학기술평가원 차두원 박사는 겨울철에 배터리가 빨리 닳는 것은 사람이 추워지면 움직임이 느려지는 것과 같은 원리라고 생각하면 된다. 겨울에 사람도 따뜻한 곳을 찾아 다니듯, 기계도 마찬가지다. 가능한 따뜻한 곳에서 사용하고 들고 다닐 때도 가방이나 옷에 넣고 다니는 것이 배터리 효율에 유리하다.” 고 했습니다.

 

이 기사를 보면서 자동차 배터리로 많이 사용되고 있는 납/산 배터리가 궁금해 졌습니다.

 

 

막 제조된 납/산 배터리는 영상 20도의 환경에서 100%의 시동 성능을 제공하고, 영하 20도의 환경에서는 단지 40% 정도의 성능을 제공합니다.

 

일반 납/산 배터리는 낮은 온도에서 사용 시 유발되는 문제는 배터리의 성능이 영하의 온도에서 급격히 떨어진다는 것과 동시에 엔진 오일의 점도가 높고 차가운 엔진을 가동시키기 위해서는 상당한 양의 전력을 필요로 한다는 것입니다. 차가운 엔진을 가동시킬 때에는 평상시 온도에서 필요한 시동력 보다 두 배 이상의 에너지가 필요한 이유입니다.

 

 

 

/산 배터리 안의 전기화학 반응이 얼마나 잘 반응하는지는 전해액의 온도와 밀접한 관계가 있는데 이러한 전기화학 반응의 최적 온도는 영상 20도라고 합니다

 

온도가 떨어질수록 전기화학 반응은 더욱 어려워지고 이러한 현상은 선형적으로 감소하는 것이 아니라 가파른 형태로 급격히 떨어집니다. 온도가 영상 5도 이하로 내려가면 맨 먼저 배터리 충전 시 뚜렷한 충전용량 감소가 나타나게 되고 영하 18도에 이를 경우 납/산 배터리의 충전 성능은 현저히 제약을 받습니다.

 

 


엔진 시동에 필요했었던 에너지를 재충전하기 위해서는 충전 운행 시 배터리 에너지를 필요로 하는 소비원을 고려하지 않았을 때 약 1시간 동안 차를 운행해야 합니다. 하지만 겨울에 잦은 짧은 거리 운행(.퇴근 운행 등)은 지속적으로 배터리의 충전 용량을 떨어뜨릴 수 있습니다.

 

또한, 낮은 온도에서의 현저히 낮은 충전용량은 극판의 황산염화(Sulfation)의 생성 위험을 증가시키고, 이는 배터리에 부정적인 영향을 미치게 됩니다. 황산염화는 배터리의 재충전 능력을 방해하는 전기 절연체 역할을 하면서 저온에서 엔진 시동에 필요한 동력을 떨어뜨립니다.

 

 

 

/산 배터리는 초기부터 시동배터리 및 에너지를 저장하는 용도로 차량에서 사용되어 왔습니다. 오늘날 내연기관을 장착한 모든 차량 및 많은 전기자동차가 납/산 배터리를 장착하고 있습니다.

 

/산 배터리는 아주 높은 전류(최대 1,200A)와 아주 낮은 전류(낮은 mA)를 전달할 수 있다는 커다란 장점이 있습니다. 뿐만 아니라 납/산 배터리의 제조방식은 아주 견고하며 제조비는 상당히 저렴합니다. /산 배터리의 생산 과정에서 나온 폐기물은 자동으로 재활용( 97%)할 수 있습니다. /산 배터리의 이러한 장점 때문에 차량용, 산업용 등 다양한 용도로 매년 2억대 이상이 세계적으로 생산되고 있습니다. 

 

 

오늘날 흔히 쓰이는 내연기관 차량의 배터리(시동용)가 단지 비싸다는 이유만으로 리튬이온 혹은 리튬폴리머 배터리로 완전히 대체된다는 것은 아직은 상상하기 어려워 보입니다. 오히려 미래에는 두 종류의 배터리가 혼합하여 사용될 것으로 예상됩니다



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