축전지

요약 양과 음의 전극판과 전해액으로 구성되어 있어, 화학작용에 의해 직류기전력을 생기게 하여 전원으로 사용할 수 있는 장치이다. 화학에너지와 전기에너지 사이의 전환이 일어날 수 있도록 만들어져있는데, 그 횟수가 1회에 한정되는 것은 1차전지, 여러 번 가능한 것은 2차전지이다.

자동차용 배터리

를 전기에너지로 변화시킬 수가 있는데, 이 상태를 (放電)이라 한다. 또 다른 전원으로부터 전기에너지를 공급하여 화학에너지로 변화시켜 축적할 수 있는데, 이 상태를 (充電)이라 한다. 이와 같이 충전과 방전이 반복되는 전지를 축전지 또는 2차전지라고 한다. 건전지(乾電池)는 충전과 방전이 반복되지 않는 것이며, 이것은 1차전지의 하나이다. 축전지로는 1859년 프랑스의 R.L.G.플랑테가 발명한 가 가장 널리 사용되며, 그밖에 알칼리 축전지가 있다.

⑴ 납축전지: 양극에 과산화납 PbO₂, 음극에 해면상(海綿狀)의 납 Pb을 사용하고 비중이 1.2~1.3인 황산 H₂SO₄에 넣은 것이다. 실제로는 극판면적의 증가를 위하여 많은 양극과 음극의 극판이 병렬로 연결되어 있으며, 또 각 극판 사이에는 절연물(絶緣物)로 만든 격리판이 들어 있다. 충전된 상태에서는 양극은 이산화납, 음극은 납이지만 방전을 계속하면 양극과 음극은 다같이 황산납으로 되며, 동시에 물이 생기게 되므로 의 비중이 저하한다. 또 충전된 상태에서 양극은 다갈색, 음극은 납색으로, 방전을 계속하면 양극(兩極)이 다같이 회백색으로 된다. 납축전지의 은 약 2V이지만, 방전하는 사이에 서서히 저하하여 1.8V 정도까지 저하하면 다시 충전을 시켜야 한다.

축전지는 크기에 관계없이 기전력은 같으나, 극판면적을 증가하여 전지의 조(槽)를 크게 하면 용량이 증가해서 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 충전은 전지의 양 단자에 전원의 양 단자를 연결하고 규정의 전류값를 유지하면서 계속한다. 충전이 진행되는데 따라 양극판은 다갈색으로, 음극판은 납색으로 변화하며, 충전전류를 흘리는 상태에서 전압이 2.7~2.8V로 높아지며, 전해액의 비중이 서서히 증가하여 1.26 정도로 되면 충전종료로 보아도 된다.

충·방전의 반복회수는 많은 것에서는 1,000회 이상이 되며, 내용연수(耐用年數)는 긴 것은 몇 년이나 된다. 축전지의 효율은 충·방전할 때의 암페어시(Ah) 또는 와트시(Wh)의 비를 취하여, 각각 암페어시 효율, 와트시 효율이라고 한다. 전자는 대개 90%, 후자는 일반적으로 75%이다. 축전지의 기전력은 주위온도가 변화해도 거의 변화하지 않는다고 볼 수 있으나, －30℃ 정도의 저온에서는 성능이 저하한다. 용도는 가솔린 자동차의 점화용 전원, 전기기관차·전동차·잠수함의 동력(動力), 교통신호, 열차내 전등용, 직류전원 등에 사용된다.

⑵ : 양극에 수산화니켈, 음극 에 카드뮴, 전해액으로는 알칼리 용액을 사용한 것을 융너(Jungner)식 알칼리 축전지라 하며, 음극에 철을 사용하고 다른 것은 융너식과 같은 것을 에디슨(Edison)식 알칼리 축전지라 한다. 일반적으로 융너식 알칼리 축전지가 널리 사용되고 있다.

기전력은 약 1.2V인데, 방전종료시에는 1.1V로 된다. 암페어시 효율은 약 85%, 와트시 효율은 약 80%이다. 알칼리 축전지는 진동(振動)에 견디며, 자기방전(自己放電)이 적고 평균수명이 길어 7~25년 사용할 수 있으며, 또 －20~45℃의 넓은 온도범위에서 사용할 수 있다. 알칼리 축전지 중에서 극판에 니켈·카드뮴을 사용한 것은 극판의 제법에 소결법(燒結法)을 사용한 것이 있다.

이것은 내부저항이 작고 완전한 밀봉식으로 만들어져서 소형경량화되며, 저온시의 특성이 좋다. 또 산화은 분말을 은망(銀網)에 도포해서 굳힌 것을 양극판으로 하고, 수산화아연을 음극판으로 하여 전해액으로는 가성칼리(수산화칼륨) 용액을 사용한 알칼리 축전지가 있다. 방전 중의 전압은 1.2~1.5V, 소중량으로 대용량이 만들어지고 급격한 대전류가 흐를 수 있는 등의 특징이 있기 때문에, 가격은 비싸지만 통신병기나 로켓의 전원으로서 주목되고 있다.