리튬이온 배터리 원리 [구조 / 충방전 시스템] 어떻게 작동할까?

배터리는 충전의 불가능/가능 여부에 따라 1차전지/2차전지 로 나뉩니다.

2차 전지의 대표 격인 리튬-이온 배터리의 원리에 대해 알아볼까 해요.

 

우선 큰 도움 받은 블로그 주인이신  ‘올리브냠냠’님께 감사드리며

참고한 사진을 하나 보여드릴게요

그림에 약간 오해의 소지가 있는 부분은 지웠습니다.

 

이처럼 양극/음극에서 산화/환원 반응이 일어나며 전자가 이동하는데 이것이 바로 리튬 이온 전지의 기본 원리입니다.

https://sh4682sh.blog.me/221338827204

 

여기서 잠깐!!!

Anode와 Cathode 는 오해의 여지가 많은 개념입니다. 충전/방전에 따라 위치가 변하기 때문인데요.

이해하기 쉽도록 Anode는 산화전극, Cathode는 환원전극 이라고 알아 두는게 좋다고 합니다.

Anode 와 Cathode에 대해 더 자세한 내용은 아래 링크 참고
https://blog.naver.com/myoake/110074008725

 

아무튼 위 내용을 좀 더 보기 쉽게 그려보았어요.

음극에 들어있는 리튬이 보이시나요?

음극과 양극을 전선으로 이어주게 되면

음극에 들어있는 리튬이 Li+로 e- 로 쪼개지면서 전자가 뿜어져 나오게 되요

 

전지의 기본 상태

 

전지에 전선을 연결했을 때

 

그리고 전자가 양극으로 가서 다시 리튬 이온하고 달라붙게 되죠 ㅋㅋ

맞겠죠? 맞을겁니다;;ㅋㅋㅋㅋ

 

 

여기까지가 방전 과정이구요. 충전은 정확히 반대로 화학 반응이 일어납니다.

대신, 전자를 옮겨줄 전기 에너지가 필요하죠

삼성 SDI에서 가져온 충전/방전 그림에 살짝 보충을 해놨으니 참고해 보세요.

 

확실히 리튬이온 배터리 내부 구조를 좀 더 정확히 아니

전에 했던 논문 리뷰에 대해 궁금증들이 새로이 생겨나기도 하고

좀 더 이해가 되는 것 같네요.

 

 

리튬 이온 배터리를 보며 발견한 논문 중 차세대 배터리에 관한 내용이 있었어요.

제목 : An Overview and Future Perspectives of Aluminum Batteries

발행년도 : 2016

저널 : Advanced Materials

저자 : Giuseppe Antonio Elia 외 여러명

리튬 대신 알루미늄 이온을 이용하는 배터리 같네요.
ㅋㅋ 어려워요. Cathode 쪽에 그라파이트(흑연)가 있어요..

 

다음은 Cathode 물질에 코팅을 한 배터리 내용이네요
그리고 Anode 는 탄소 기반이 아닌 실리콘 기반 물질입니다.

제목 :Elemental Technology for high energy density lithium ion batteries that doubles electric vehicle driving range

발행년도 : 2014

이건 논문은 아니고 무슨 기사 같네요.
실리콘 Anode 는 충전을 반복할 수록 성능이 떨어진다고 하던데..
극복해야 할 장벽이 많겠죠?

 

 

 

양극 소재에 대한 자세한 내용이 담겨있는 블로그에서 퍼왔습니다.

관심 있으신 분은 방문해 보세요

 

 

이곳 저곳 자료를 찾아보면 차세대 배터리로

리튬이온이 아닌 다른 이온을 사용하려는 노력과

음극재와 양극재 소재를 바꾸려는 노력 등이 보이네요

 

하지만 아직 부족하니 

더욱 더 많은 자료들을 찾아봐야겠습니다!!