[전지란]

전지(battery)는 내부에 들어있는 화학물질 (활물질; active material)의 화학에너지(chemical energy)를 전기화학적 산화-환원반응 (electrochemical oxidation-reduction reaction)에 의해 전기 에너지(electrical energy)로 변환하는 장치이다.

정확한 의미에서 "전지"라는 용어는 두개 이상의 전기화학적 셀(cell)의 집합체를 나타내지만, 보통 단위 전지(single cell)에도 사용되고 있다.

전지는 화학 반응대신 전기화학 반응이 일어나 전자(electron)가 도선을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있도록 특별한 내부구조로 이루어져 있으며, 도선을 통하여 흐르는 전자 flow 는 전기에너지의 원천이 되어 인간에게 유용한 활용성을 제공한다.

[전지의 구성요소]

모든 전지는 양극(cathode or positive electrode) 과 음극(anode or negative electrode)이라는 활물질들을 가지고 있고, 분리막(separator) 에 의해 서로 떨어져 있으며 또한 두 전극사이의 이온 전달을 가능케 하는 전해질(electrolyte)에 담겨져 있다.

전등, 기계, 기구 등을 작동하기 위해서는 전지의 두 전극 사이에 충분한 전압과 전류가 생성될 수 있도록 적절한 전극물질과 전해질이 선정되어 특별한 구조로 배열되어져야 한다.

* 전지의 4대 구성요소는 아래와 같다.

- 양극(cathode) : 외부 도선으로부터 전자를 받아 양극 활물질이 환원되는 전극.

- 음극(anode) : 음극 활물질이 산화되면서 도선으로 전자를 방출하는 전극.

- 전해질(electrolyte) : 양극의 환원 반응, 음극의 산화반응이 화학적 조화를 이루도록 물질이동이 일어나는 매체.

- 분리막(separator) : 양극과 음극의 물리적 접촉 방지를 위한 격리막.

[전지의 원리]

전지의 음극은 기본적으로 전자를 내어주고 자신은 산화되는 물질이며, 양극은 전자를 받아(양이온과 함께) 자신은 환원되는 물질로서, 전지가 외부 load (전등, 기구)와 연결되어 작동할 때, 즉 전지의 방전 반응이 진행할 때 두 전극은 각각 전기화학적으로 다른 상태로의 변화를 일으킨다.

이때 음극의 산화반응에 의해 생성된 전자는 외부 load를 경유하여 양극으로 이동하고 양극에 이르러 양극 물질과 환원반응을 일으킨다.

이때, 전해질 내에서 음극과 양극 방향으로의 anion (negative ion)과 cation(positive ion) 의 물질이동에 의해 전하가 흐르는 작업이 완성된다.

이렇게 전해질 내부에서는 외부도선에서 계속해서 전하가 흐르도록 반응을 일으키고, 이에 힘입어 외부도선에서는 흐르는 전하로 전기적인 일을 하게 되는 것이 전지의 작동 원리이다.

이 과정을 전지로 볼때는 '방전'이라고 한다.

따라서 계속하여 전지가 전기적인 일을 하게 되면, 전지의 전압은 계속 낮아지고 결국 외부에서 전하를 이동시킬 수 없을 때까지 이르게 된다.

이때 폐기하게 되는 전지를 1차 전지라고 하고, 거꾸로 전하를 흘려주는 작업, 즉 다시 전지를 충전하여 사용할 수 있는 전지를 2차 전지라 한다.

충전 시에는 방전반응과는 반대의 반응이 진행되어 전지 본래의 화학적 상태로 되돌아가기 때문에 재사용이 가능하다.


내용출처 : 엘지화학