"배터리 모양 왜 다르지...자주 충전해도 괜찮을까?"

용도 따라 원통형·파우치·각형 등 다양...리튬이온배터리 자주 충전해도 괜찮아

정부의 친환경 정책으로 전기차 수요가 폭증하면서 전기차의 핵심 부품인 배터리에도 관심이 집중되고 있다. 일상에서 흔하게 볼 수 있는 AA, AAA 규격의 작은 건전지부터 노트북, 청소기, 전기자전거를 비롯해 전기차용 전지 등 배터리 종류는 다양하다.

현재 전기차배터리의 '대세' 전지는 리튬이온배터리다. 리튬이온배터리 역시 쓰임새에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등 생김새가 다르다. 세 가지 형태의 배터리는 무엇이고, 또 각각의 용도가 어떻게 다른지 삼성SDI의 설명을 참고해 정리해봤다.

그림=삼성SDI

리튬이온배터리의 종류는 원통형, 파우치형, 각형으로 분류할 수 있다.

'원통(실린더)' 모양을 한 원통형 배터리는 작지만 고용량·고에너지를 갖춘 전지다. 이 배터리는 출력을 크게 높일 수 있어 전력이 많이 필요한 제품에 주로 탑재된다.

원통형 배터리. 사진=삼성SDI

종류별로 크기가 규격화돼 있어 상대적으로 저렴하다는 점도 특징이다. 순간적으로 큰 힘을 내야하는 전동공구 외에도 청소기, 정원공구, 보조배터리 등에 폭넓게 쓰인다. 현재는 전기차·전기자전거 등 모빌리티 분야에도 점차 활용되고 있다.

외관을 금속으로 둘러싼 원통형·각형 배터리와는 달리, 파우치형 배터리는 외관이 비교적 얇고, 늘어나는 성질이 있다. 한 마디로 '얇고 넓은 배터리'다. 설명만으로 감이 오지 않는다면 즉석 카레가 담긴 포장재를 떠올려보자.

파우치형 배터리. 사진=삼성SDI

파우치형 배터리는 가공이 쉬워 다양한 형태로 제작할 수 있다. 크기와 용량도 쉽게 바꿀 수 있다. 이에 점점 더 얇고 가벼워지는 휴대폰과 태블릿, 웨어러블 등 IT 기기에 광범위하게 사용된다. 다양한 디자인의 IT제품이 쏟아지는 요즘, 파우치형 배터리의 활용 분야는 점점 증가할 것으로 보인다.

각형 배터리는 '알루미늄 캔' 모양을 한 배터리다. 이 배터리는 과거 착탈식 휴대폰 배터리에 주로 사용돼왔다. 최근엔 전기차, 노트북 컴퓨터, 카메라 등에 주로 탑재되고 있다. 각형 배터리는 원통형 배터리 보다 슬림하고 파우치형에 비해 외부 충격에 강하다는 장점이 있다.

각형 배터리. 사진=삼성SDI

리튬이온배터리를 둘러싼 오해도 많다. 잔량을 0%로 소진하지 않고 충전을 하면 배터리 수명이 줄고, 배터리를 냉장고 안에 넣어두면 수명이 늘어난다는 잘못된 속설도 있다. 삼성SDI가 꼽은 '리튬이온 배터리에 대한 오해와 진실'도 소개한다.

배터리 내부에는 실제로 전기가 가득 차있나요?

"배터리 내부에는 전기가 아닌 양극, 음극, 분리막, 전해액 등 배터리 구성 요소들이 들어있습니다. 배터리 내부의 화학 반응에 의해 리튬 이온이 이동하면서 전기가 만들어지죠. 리튬이온이 음극으로 이동하는 것이 충전 반응이며, 반대로 움직이면 방전 반응입니다."

건전지와 리튬이온배터리의 차이점은 무엇인가요?

"건전지와 리튬이온배터리는 구성하는 물질 자체가 다릅니다. 건전지 안의 물질은 한 번 사용하고 나면 재사용할 수 없고, 리튬이온배터리는 방전되더라도 충전하면 재사용할 수 있는 물질로 구성돼 있습니다."

리튬이온배터리는 스마트폰 외에 어디에 사용되고 있나요?

"무선으로 사용하는 대부분의 휴대용 기기 내에는 배터리가 존재한다고 생각하시면 됩니다. 예를 들어 무선 이어폰, 노트북, 전동공구, 전기자전거, 전기자동차, 전동 킥보드 등 다양한 애플리케이션에 리튬이온배터리가 사용되고 있습니다. 리튬이온배터리는 작지만 많은 많은 에너지를 담을 수 있어 다양한 제품에 활용되고 있습니다."

배터리를 자주 충전해도 괜찮은가요?

"리튬이온배터리는 과거에 사용되던 전지처럼 완전히 방전되지 않은 채 충전을 하면 실제 용량이 줄어드는 '메모리 효과'가 없기 때문에 자주 충전을 해도 문제가 없습니다."

급속 충전을 하면 배터리에 악영향을 주나요?

"최근에 개발된 배터리들은 정상적인 급속 충전기를 함께 사용한다면 문제가 없습니다. 초기 리튬이온배터리에서 급속 충전을 하면 내부 소재들이 쉽게 열화돼 배터리 성능이 저하하는 문제가 발생하기도 했지만, 최근엔 소재 기술이 향상돼 급속 충전이 기본이라 할 만큼 우수한 성능을 가진 배터리가 출시되고 있습니다."

충전기를 꽂은 상태에서 IT기기를 사용하면 배터리 수명이 줄어드나요?

"전원을 꽂는다는 것은 외부에서 전기를 받아들이는 과정입니다. 그 전기의 일부는 IT기기를 사용하는 데 직접 쓰이고, 일부는 배터리 충전에 사용됩니다. 따라서 충전 속도가 느려질 뿐, 배터리 자체엔 아무 문제가 없습니다."

삼성SDI가 생산하는 각형 배터리. 사진=삼성SDI

배터리를 좀 더 빨리 충전할 수 있는 방법은 없나요?

"충전을 할 때 충전 전류를 배터리가 전부 받아들일 수 있다면 더 빠르게 충전할 수 있습니다. 예를 들면, 배터리를 충전할 때 게임이나 인터넷 등 다른 기능들을 사용하지 않는다면 가장 빠르게 충전을 할 수 있는 것이죠. 항공 모드로 충전하면 더 빠르게 충전되는 것과 같은 이치입니다. 또한 사용자들이 배터리의 빠른 충전에 대한 니즈를 높이고 있기 때문에 삼성SDI에서는 배터리의 충전 속도를 빠르게 하는 기술을 개발하고 있습니다."

리튬이온배터리가 온도에 영향을 많이 받나요?

"기본적으로 온도가 낮아지면 배터리의 전반적인 화학반응이 느려집니다. 온도가 낮아질수록 배터리 내부 저항이 증가하고, 리튬이온 이동 속도가 저하되며 배터리 전압도 낮아집니다. 따라서 충분한 전기를 만들지 못하게 됩니다.

고온에서는 저온과 같은 성능 저하는 없지만 무더운 여름철 한낮에 35도 이상이 되고 뜨거운 태양열까지 내리쬔다면 배터리 온도는 100도에 육박할 수 있습니다. 실생활 온도를 벗어난 고온에 IT기기들을 방치하면 내부 과열로 인해 배터리 수명이 줄어들고, 부품 손상이 발생할 수 있으니 휴가지에선 햇볕에 IT 기기가 직접 노출되지 않도록 주의해주세요."

배터리를 냉장고 안에 넣어두면 오래 사용할 수 있나요?

"그렇지 않습니다. 냉장고 안에 배터리를 넣어두는 시간만큼 배터리가 구동을 하지 않아 잠깐 에너지를 버는 것일 뿐입니다. 그렇게 발생되는 에너지 양도 미미하기 때문에 사용시간과는 크게 연관이 없습니다."

배터리 사용시간이 얼마 남지 않았을 때, 따뜻하게 해주면 더 오래 쓸 수 있나요?

"앞서 말씀드린 것처럼 온도가 살짝 높아지면 배터리 내부 화학반응이 활발해지기 때문에 좀 더 에너지를 사용할 수 있습니다. 하지만 에너지를 생성하는 비율이 굉장히 미미합니다. 삼성SDI에서는 좀 더 배터리를 오래 사용할 수 있는 방법을 지속해서 연구하고 있습니다."

여름철 배터리를 사용할 때 주의할 점은 무엇인가요?

"배터리는 내부 물질이 온도에 따라 반응을 일으킬 수 있습니다. 온도가 60도를 넘어가면 배터리 내부 성분들이 반응을 일으켜 가스가 발생할 수 있습니다. 따라서 리튬이온배터리가 장착된 기기들은 고온에서 보관하지 않는 것이 좋습니다."

배터리가 간혹 부풀어 오르는데, 그 이유는 무엇인가요?

"배터리를 충전할 경우에는 리튬이온이 양극에서 음극으로 이동하고, 반대로 배터리가 방전될 때는 리튬이온이 음극에서 양극으로 이동합니다. 이동한 리튬이온은 양극이나 음극에 흡수되는데, 흡수될 때 재료의 부피가 늘어나게 됩니다. 지속적으로 충·방전을 하더라도 리튬이온이 빠져나가면 원래의 초기 부피로 복원이 돼야 하는데, 소재 성능이 저하되면서 점차적으로 전극이 불어나 배터리가 부풀게 됩니다. 일종의 부작용이죠. 삼성SDI는 배터리 개발 시 이러한 부작용들이 발생하지 않도록 다양한 안전성 테스트를 진행하고 있습니다."