안녕하세요, 이번 시간에는 모두가 한 번쯤은 느껴 보셨을 것 같은 현상인 추운 날씨 속에서의 우리가 사용하는 배터리 용량이 적은 느낌을 받는 현상에 대하여 알아보고 ‘저온 상태에서의 배터리 성능 저하’ 이유에 대하여 알아보겠습니다.
1. 배터리 동작 시 외부 온도의 영향
우리가 사용하는 배터리(리튬 이온 전지)의 동작은 전해질을 통해 양극과 음극을 오가는 리튬 이온의 확산에 의한 전자의 이동에 의해 동작하게 됩니다. 외부 온도가 차가워져 배터리 내부의 전해질의 온도가 내려가게 되면 리튬 이온의 확산 속도가 느려지게 됩니다. 이렇게 되면 당연히 에너지 효율이 낮아지게 되고 우리가 체감하게 되는 배터리의 총량은 낮아지게 되는 겁니다.
리튬 이온 배터리 동작을 쉽게 이해하기 위한 내용은 아래 링크를 참조해주시면 되겠습니다.
위 전압은 ‘OCV(개방 회로 전압)’ 기준의 전압이며 이론상 전압이 낮아지는 이유는 전지의 ‘내부저항(IR)’이 높아지고 높아진 저항 만큼의 전압값이 감소하기 때문입니다. 식으로 표현하면 “단자 전압 = 기존 전압 – IR” 이 되는겁니다.
내부 저항이 높아지는 이유는 낮은 온도의 전해질 속에서 리튬 이온의 운동성이 낮아지기 때문입니다.
따라서 온도가 낮아지면 전지 내부 저항이 상승하고 동작 전압이 저하 됩니다. 그리하여 배터리는 점점 더 많은 용량이 감소되게 되는 겁니다. 저온에서 출력이 작아 출력 성능을 높이기 위한 양극활 물질을 첨가하여 ‘인산철(LFP)’ 배터리를 만들어 오토바이 또는 자동차 시동용 배터리가 상용화 되어있기도 합니다. 이 배터리는 보통 CCA(저온 시동 전류)의 기준을 통해 제품을 나누게 됩니다.
G사의 ‘인산철 시동 배터리’ 성능 설명과 분해 내용이 있으니 궁금하시면 참조 하셔도 되겠습니다.
2. 저온 상태에서의 배터리 사용 주의 사항
낮은 온도 때문에 리튬 이온의 확산 속도가 둔해지고, 내부 저항이 증가되면 배터리 성능에도 영향이 생기게 됩니다. 1차적으로 충,방전 속도가 감소하게 됩니다. 확산 속도가 느려지기 때문에 당연한 결과 입니다.
