현대사회는 전기와 밀접하게 연관되어 있습니다. 얻으려면전력인간은 화석연료, 수력, 풍력, 태양에너지, 화학에너지, 원자력에너지 등 다양한 형태의 에너지를 활용하고, 이를 전기에너지로 변환하여 이용한다. 이 중 화학반응에 의해 생성된 에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수 있는 장치를 화학동력원(흔히 배터리라고 함)이라고 합니다.
화학 동력원의 개발은 18세기로 거슬러 올라갑니다. 1786년 이탈리아의 생물학자 가르바니(Garvani)는 개구리 해부 실험 중에 처음으로 개구리 다리 근육의 수축을 관찰하고 이를 생체전기라고 명명했습니다. 그 후 1800년에 또 다른 이탈리아 과학자 Volta는 Garvani의 연구를 바탕으로 새로운 이론을 제안했습니다. 그는 개구리 다리의 경련이 다른 금속의 접촉으로 인해 생성된 전류에 의해 발생한다고 믿었습니다. 이러한 가설을 바탕으로 볼타는 아연판과 구리판을 번갈아 쌓은 뒤 소금물에 담근 가죽으로 분리해 그림 1-3과 같이 세계 최초의 진정한 화학 동력원인 유명한 볼타 파일을 탄생시켰다. 1836년 영국의 발명가 다니엘은 볼타의 디자인을 개선하고 보다 실용적인 다니엘 배터리를 개발했습니다. 이후 배터리 기술은 급속한 발전의 시대에 접어들었고 납{10}}배터리, 아연-망간 배터리, 카드뮴-니켈 배터리 등 일련의 새로운 배터리가 속속 등장했습니다. 20세기 초부터 기술의 발전에 따라 아연-은전지, 철-니켈전지, 니켈-금속수소화물전지, 리튬금속전지, 리튬이온전지, 연료전지 등 다양한 첨단전지 제품이 개발되었다. 이러한 혁신은 이제 현대 사회의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
현재 시중에는 다양한 유형의 배터리가 있으며 분류 방법도 다릅니다. 사용되는 전해질의 유형에 따라 여러 범주로 나눌 수 있습니다. 산성 수용액을 전해질로 사용하는 배터리를 산성 배터리라고 합니다. 알칼리성 수용액을 사용하는 배터리를 알카라인 배터리라고 합니다. 중성 수용액을 사용하는 배터리를 중성 배터리라고 합니다. 유기 전해질 용액을 활용하는 배터리를 유기 전해질 용액 배터리라고 합니다. 또한, 고체 전해질을 기반으로 설계된 고체-상태 전해질 배터리도 있습니다. 용융염을 전해질로 사용하는 배터리를 용융염 전해질 배터리라고 합니다.
보다 일반적으로 배터리는 작동 특성과 에너지 저장 메커니즘을 기준으로 분류되며 일반적으로 네 가지 주요 범주로 분류됩니다.
1차전지
(1) 1차 전지(갈바니 전지라고도 함)는 방전 후 재충전에 의해 초기 상태로 복원할 수 없는 전지 유형을 말합니다. 즉, 해당 배터리는 한 번만 사용할 수 있습니다. 1차 배터리가-충전이 불가능한 이유는 내부 화학 반응이 본질적으로 비가역적이거나 이론적으로 가역적이라 할지라도 실제 조건에서 가역적 반응을 달성하는 것이 극히 어렵기 때문입니다. 아연-망간 배터리와 리튬 이산화망간 배터리는 1차 배터리의 두 가지 일반적인 예입니다.
2차전지
(2) 축전지라고도 불리는 이차전지는 방전 후 재충전을 통해 내부 활물질을 방전 전 상태로 복원할 수 있어 주기적 사용이 가능한 전지이다. 이 배터리는 일상 생활과 산업 생산에 널리 사용됩니다. 대표적인 2차전지로는 납-전지, 니켈-금속수소전지, 리튬-이온 전지 등이 있습니다.
축전지
(3) 활성화 배터리라고도 알려진 축전지는 보관 중에 전해질과 전극 활물질이 분리되어 있거나 전해질이 비활성 상태인 것이 특징입니다. 전해질이나 다른 수단을 주입하여 활성화한 후 필요할 때만 작동하기 시작합니다. 양극 및 음극 활물질은 보관 중에 자연적으로 방전되지 않으므로 이러한 배터리는 장기 보존에 이상적입니다.- 아연-은 배터리와 마그네슘-염화구리 배터리는 두 가지 일반적인 축전지 유형입니다.
연료전지
(4) 연속 배터리라고도 알려진 연료 전지에는 전기화학 반응의 플랫폼 역할을 하는 비활성 전극 물질이 있습니다. 양극과 음극에 필요한 활물질을 외부에 저장해 두고, 작동 중에도 배터리에 지속적으로 공급해 지속적인 전력을 공급한다. 연료전지에는 주로 양성자 교환막 연료전지와 알칼리성 연료전지가 포함됩니다.
화학발전은 다른 에너지에 비해 에너지 변환효율이 높고, 운전이 용이하며, 안전성이 높으며, 소형화가 용이하고, 환경친화적이라는 장점이 있는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 특성으로 인해 배터리는 일상 생활과 산업 생산에 없어서는 안 될 요소입니다. 에너지저장전지의 발전은 사회 전반의 진보와 기술혁신과 불가분의 관계에 있습니다. 동시에 배터리 기술의 발전은 생산 및 과학 분야의 추가 탐구와 개발을 촉진합니다.
따라서 에너지 저장 배터리 분야는 앞으로도 오랫동안 여전히 넓은 발전 전망을 가지고 있습니다.