한국전기연구원(KERI)이 펴낸 ‘배터리 가이드북’
한국전기연구원이 3일 배터리에 관한 속설과 궁금증을 해소해 주기 발간한 ‘올바른 배터리 이용을 위한 KERI 배터리 가이드북’ 표지. 2015.2.3

Q1. 추운 겨울철에는 평소보다 배터리가 빨리 닳아지나요?

A. 겨울철에는 온도가 낮아지기 때문에 배터리의 전반적인 화학반응이 느려집니다. 리튬이온은 전해질과 양극 및 음극에서 움직이는데, 온도가 낮아질수록 전지 내부 리튬이온의 이동속도가 저하하여 전지의 내부저항이 증가하게 되고 배터리의 전압이 낮아집니다. 또한 전기량도 충분히 방전하지 못하는 원인이 됩니다.

에너지는 전기량과 전압의 곱인데, 전반적으로 에너지가 줄어들고 결국 겨울철에 배터리가 빨리 닳게 됩니다. 따라서 겨울철 배터리를 온도가 낮은 외부에 보관하기 보다는 평소에 주머니에 넣거나 케이스, 헝겊으로 덮어서 따뜻하게 보관해 사용하는 것이 좋습니다.

또한 추위로 인해 이미 방전된 배터리의 경우라도 사용하지 못한 전기량은 내부에 잠재적으로 사용 가능한 형태로 남아 있기 때문에 배터리의 온도를 높인다면 다시 남아있는 에너지를 사용할 수 있습니다.

물론 따뜻한 장소에 두자마자 배터리가 바로 잘 작동하는 것은 아니겠죠? 표면은 따뜻할지라도 내부는 아직 차갑기 때문에 배터리를 약 30분 정도 충분히 예열을 한 후 사용하는 것이 좋습니다.

Q2. 배터리는 왜 시간이 지나면 성능이 떨어지나요?

A. 배터리의 구조는 여러 가지 화학물질이 가루(분말) 형태로 존재하고 있고, 이것을 고정하기 위해 결합제로 붙여놓은 모양으로 존재합니다. 배터리를 뜯어보면 가루 형태로 되어 있고 이러한 가루를 접착제로 붙여놓은 것과 같은 구조를 가지고 있습니다.

하지만 충/방전을 계속하게 되면 가루로 된 화학물질의 일부가 조금씩 떨어져 나가게 됩니다. 결국 떨어져 나간만큼 전자를 줄 수 없어 용량이 떨어지고 수명도 줄어들죠. 그 결과 저항도 증가하고 배터리가 낼 수 있는 전압도 감소하게 됩니다.

에너지는 전기량X전압으로 결정되는데, 전압이 감소하게 되니 배터리가 힘을 낼 수 없는 상황이 벌어지고 수명도 점차 짧아지게 되는 결과를 초래합니다. 이러한 원리를 감안할 때, 배터리의 성능은 좋은 화학물질의 사용과 이러한 화학물질이 잘 떨어지지 않게 도와주는 좋은 결합제의 역할에 따라 결정된다고 볼 수 있습니다.

Q3. 배터리 잔량을 0% 완전 방전한 다음 충전하는 것이 좋나요?

A. 예전 가정에서 주로 사용하던 900MHz 무선전화기나 면도기에는 일명 ‘니카드 전지’가 사용됐습니다. 이 전지는 사용 패턴을 기억해 충전된 만큼만 소비하는 ‘메모리 이펙트(Mem-ory Effect)’를 가지고 있어서 완전히 전지를 0%로 방전한 후 충전하는 것이 더 좋았죠.

하지만 요즘 일상생활에서 주로 사용되는 휴대전화, 디지털카메라, 노트북 등 주요 제품에 쓰이는 배터리는 모두 리튬이차전지가 사용되고 있습니다. 리튬이차전지의 경우에는 니카드전지의 메모리 이펙트를 가지고 있지 않기 때문에 완전 방전한 다음 사용하면 수명이 짧아집니다.

리튬이차전지에는 정상 작동 범위가 있는데, 하한 전압 이하로 유지되면 전지의 구성 재료가 부식되어 제 기능을 못하게 됩니다. 즉 완전 방전하게 되면 내부에서 전자를 주고받는 ‘집전체’라는 구성회로의 손상이 가속화되기 때문에 문제가 생기고 배터리의 성능을 저하시키게 됩니다.

따라서 리튬이차전지를 사용하는 전자기기의 경우, 0%가 아니더라도 늘 충전기에 꽂아놓는 것이 좋으며, 이미 방전된 상태라면 즉시 충전하는 것이 바람직합니다.

Q4. 배터리 수명이 끝나면 잠깐이라도 살릴 방도가 있나요?

A. 배터리가 방전이 된 경우에도 배터리 내부에 잔존하는 에너지가 늘 일부 남아 있게 됩니다. 잔존 에너지량은 배터리의 성능과 사용 특성에 따라서 다른데, 보통 시간을 두면 배터리 내부의 잔존 에너지가 저절로 평형에 도달하여 일부 양을 사용할 수는 있습니다.

특히 냉장고 등 저온에 넣어두면 평형에 도달하는 동안의 자기방전 저항이 감소하여 조금 더 많은 에너지를 얻을 수도 있습니다. 결론적으로 배터리가 되살아나는 현상은, 항간에 떠도는 방법과는 별개로 시간의 흐름에 따라 배터리가 평형에 도달해 자연스럽게 일부 충전되는 결과로 나타나는 것입니다.

하지만 이러한 현상들은 모두 일시적인 현상이며, 오래 지속되는 효과를 누리기는 힘듭니다. 특히 장기간 오래 사용한 배터리의 경우에는 이미 에너지 저장 능력이 떨어진 상태입니다. 이러한 배터리는 수명이 끝난 경우 내부저항이 증가한 경우이므로 시간이 지난다고 할지라도 다시 사용하기는 힘듭니다.

여기서 잠깐! 항간에 떠도는 소문 하나를 더 확인해볼까요? 휴대전화 배터리가 방전될 경우, 어떤 번호에 전화를 걸면 급속 충전된다는 소문, 들어보셨나요? 하지만 이 소문은 사실이 아닙니다. 과학은 자연스러움입니다. 잠깐 배터리가 살아났다면 그것은 심리적인 부분이지 실제로 충전된 것은 아니니 믿지 마세요!.

Q5. 제한된 시간에서 스마트폰 배터리를 빨리 충전하는 방법이 있을까요?

A. 보통 스마트폰, 노트북 등 전자기기에 사용되는 리튬이차전지는 300회 충전 이후부터는 내부저항이 빠르게 증가하고 이로 인해 화학 반응과 충전 속도가 늦어지게 됩니다. 하지만 온도를 높이면 이러한 화학반응의 속도가 빨라지고 배터리의 내부저항도 감소하게 된다는 사실 알고 계셨나요?.

통상 10도의 온도 증가로, 반응속도가 약 두 배로 빨라지고, 20도와 30도로 올리면 각각 4배와 8배로 빨라진다고 합니다. 따라서 따뜻한 곳에서 휴대전화를 충전하면 보다 빨리 충전할 수 있다고 합니다.

일상생활에서 쉽게 할 수 있는 예로는 전기장판 위에 스마트폰을 두고 충전하는 방법이 있습니다. 따뜻한 전기장판 위에 스마트폰을 충전하게 되면 보다 빨리 충전할 수 있습니다.

하지만 여기서 주의해야 할 점은 온도가 60도 이상 넘어가면 배터리 자체에 손상이 발생하게 된다는 점입니다!.

전기장판도 저온 단계에서 충전해야 좋지, 높은 단계로 올라가면 부품 자체에 손상이 가기 때문에 주의해야 합니다.과유불급! 뭐든지 적당하면 좋지만, 지나치면 해가 된답니다. 배터리에게도 적당한 따뜻함은 힘을 주지만, 너무 뜨거워지면 배터리 내부 물질이 온도를 견디지 못해 손상될 수 있으니 주의하세요!.

Q6. 건전지에 누액이 나오는 이유를 알고 있나요?

A. 정상적인 배터리 사용에서는 누액이 나오지 않도록 설계되어 있습니다. 하지만 배터리 양이 다른 제품들을 함께 사용하게 되면 먼저 완전히 방전된 배터리에 역전압이 걸리게 되고 용량이 적은 쪽의 전지는 과방전이 됩니다. 이로 인해 발열이나 전해액의 전기 분해가 일어나 가스 발생에 의해 전지가 팽창하게 됩니다.

이러한 상황이 계속되다 보면 배터리 껍질 재질의 아연이 녹는 부식이 발생하여 배터리 내부의 전해액이 외부로 유출되는 현상이 발생하게 됩니다. 결국 이 누액은 기기의 단자까지 부식시켜 고장을 일으키는 원인이 됩니다.

따라서 디지털 도어록의 경우 잔량이 다른 배터리를 섞어서 사용하다보니 누액이 발생하고 기기까지 고장이 난 상황이라고 할 수 있습니다.

참고로 똑같은 새 배터리의 경우라도, 제조사가 다르면 제조과정과 상황에 따라 배터리의 성능이 각각 다르기 때문에 누액을 발생시킬 수 있습니다. 따라서 용량이 동일한 같은 제조사의 제품을 사용하는 것이 좋습니다.

마지막으로 일반건전지(일차전지)를 충전할 경우에도 누액이 발생합니다. 일차 전지에는 충전이 불가능한 물질을 가지고 있기 때문에 충전하게 되면 팽창, 누액은 물론 발화까지 일으킬 수 있으니 각별히 주의해야 합니다.

Q7. 스마트폰 충전이 100% 완료될 경우 계속 꽂아 두는 것이 좋나요?

A. 휴대전화는 100% 충전됐다는 초록색 불이 나온 상태라도, 계속 꽂아 두면 더 충전이 됩니다!. 충전율은 전압을 재어 표시해주는데, 배터리 안에 무수히 많은 리튬이온이 있기 때문에 하나하나 다 연결해서 확인할 수는 없습니다.

표면은 충전된 상태라고 볼 수 있어도 내부까지 완전히 충전됐다고는 말할 수 없는 거죠. 따라서 초록색 불이 들어와도 완전히 충전되지 않은 상태이기 때문에 계속 꽂아두는 것이 좋습니다.

보통 내부까지 충분히 충전을 다하기 위해서는 적어도 2시간 이상 꽂아 두어야 합니다. 그 이유는 전지 안 리튬이온의 농도 편차가 심해서 전압이 충분히 확산할 때까지 기다려야하기 때문이죠. 특히 1년 이상 지난 배터리는 성능이 더 떨어지기 때문에 이유로 반드시 충분한 시간을 주어야 더 많이 충전할 수 있습니다.

Q8. 코드를 꽂은 채로 노트북을 사용하면 배터리 수명이 줄어드나요?

A. 노트북에 전원을 꽂는다는 것은 외부에서 전기량을 받아들이는 과정입니다. 예를 들어 이 전기량이 100이라면 사용하면서 충전할 경우 70은 충전기로 가고, 나머지 30은 노트북을 작동하는데 쓰이는거죠. 따라서 충전 속도가 느려질 뿐이지 배터리 자체에는 아무 문제가 없습니다.

또한 코드를 꽂는다는 것은 외부 파워를 이용해 노트북을 사용하는 것이기 때문에 배터리는 놀고 있는 상태가 된답니다. 이는 배터리에게 휴식을 주는 것이기 때문에 더 좋은 것이라고 할 수 있어요. 노트북 뿐만 아니라 리튬이온전지를 사용하는 기기(스마트폰, 디지털카메라 등) 모두 이러한 원리를 가지고 있기 때문에, 코드를 꽂으면서 사용해도 배터리 수명에는 전혀 영향을 미치지 않습니다.

Q9. 전원을 끄거나 비행기 모드로 스마트폰을 충전하면 더 빨리 충전이 되나요?

A. 휴대전화는 통신과 디스플레이에 많은 에너지를 사용합니다. 따라서 충전하면서 스마트폰을 사용하게 되면 전력을 통신, 휴대전화의 작동, 배터리의 충전에 나누어서 사용할 수밖에 없습니다. 즉 힘이 분산되는 것이죠.

하지만 비행기 모드의 경우 통신에 소요되는 전력을 차단할 수 있기 때문에 휴대전화가 충전에 집중할 수 있는 환경이 만들어집니다. 이러한 이유로 비행기 모드에서는 보다 빠른 충전이 가능한 것이구요. 물론 전원을 끄는 경우에는 전력 소모 자체가 없기 때문에 충전 속도가 더 빨라지겠죠?.

꼬꼬마케리 친구의 경우, 전원을 껐거나 혹은 비행기 모드로 설정한 뒤 충전을 했기 때문에 남들보다 더 많이 충전을 할 수 있었답니다.또 하나의 팁! 스마트폰 디스플레이의 화질을 낮추거나, 사용하지 않는 어플리케이션을 종료한 뒤 충전하면 보다 빨리 충전을 할 수가 있다고 하니 참고하세요!.

Q10. 다 쓴 배터리 처리법을 알고 있나요?
A. 전국의 주택 등의 주거 및 상업 시설에는 배터리 분리수거함이 있습니다. 사용한 배터리의 분리수거(2008년부터 분리수거대상품목)는 (사)한국전지재활용협회(http://www.kbra.net)에서 하고 있습니다.

일반 건전지(일차전지)는 지역별 처리업체에서 불연성 쓰레기로 안전하게 처리되고 있고 충전이 가능한 이차전지, 자동차에 이용되는 연축전지는 회수 후 재활용되고 있습니다.

따라서 다 쓴 배터리는 반드시 분리수거 해서 재활용 박스에 넣어야 합니다!. 여기서 주의해야 할 점은 배터리의 플러스극(+)과 마이너스극(-)을 테이프로 막아줘야 한다는 것입니다. 배터리의 잔량이 조금이라도 남아있을 경우, 접촉하면 합선되고 발열할 위험이 있기 때문이죠. 이 주의사항은 일,이차전지 모두 해당하기 때문에 반드시 명심하세요.