추운날씨에 유독 성능 저하되는 배터리… 이유는?

우리가 매일 사용하는 전자기기 배터리에 대해서…

배터리 성능 문제의 해결 실마리

[객원 에디터 5기 / 이소민 기자] 사람들로부터 빈번히 사용되는 전자기기는 유독 추운 날씨에 배터리가 빨리 닳는다. 비록 정확한 원인이 아직까지 발견되지는 않았지만, IBS의 한 연구진은 배터리 성능 문제에 대한 해결 실마리를 찾았다. 

휴대폰, 노트북, 디지털카메라를 포함한 전자기기는 리튬이온전지를 사용한다. 리튬이온 배터리는 양극과 음극, 분리막, 전해액으로 구성된다. 리튬원자는 음극과 양극 사이를 오가면서 전기를 공급하는데, 전자기기를 충전할 때는 리튬 이온이 음극에 들어있다가 전자기기를 사용하면서 리튬이온이 양극으로 이동하여 결국 전자기기가 방전된다. 

연구에 따르면, 기온이 낮을 때는 화학반응이 느려지면서 리튬이온의 이동 속도도 급격히 느려진다. 실험에서 연구진은 상온부터 영하까지 리튬이온의 온도를 변화시키며 리튬이온 용매의 이온화 과정을 관찰했다. 관찰 결과, 전자기기의 배터리 성능이 저하되는 것은 전압이 낮아질 때 발생하는 에너지의 양도 같이 낮아지기 때문인 것으로 밝혀졌다.

연구진은 “이번 연구가 기존 리튬이온 용매 구조에 대한 지배적인 통념이 실제와 다르다는 것을 보여준 중요한 연구로 저온에서도 성능이 저하되지 않는 새로운 배터리를 설계하기 위한 중요한 단서를 제시했다는 의미가 있다”라고 전했다. 이어서 “후속 연구로 전해액에 첨가제가 있는 상황까지 반영하여 리튬이온 용매 구조를 면밀히 파악하기 위한 연구를 수행 중”이라고 덧붙였다. 

그렇다고 해서 전자기기를 기온이 높은 온도에 사용하는 것은 좋지 않다. 전자기기의 온도가 55℃ 이상으로 올라가게 되면, 배터리 방전 속도만 빨라지는 것뿐만 아니라 열화현상이 나타날 수 있기 때문이다. 

일본 도쿄대에서는 이러한 문제점을 극복하기 위해 전해질 첨가제를 개발했다. 이것은 표면 보호막을 형성할 수 있으며, 리튬 배터리의 안전성과 효율성을 극대화시킬 수 있지만, 전해질 첨가제를 완전히 분석하기에는 더 깊은 이해와 기술이 필요하다고 전했다.