스마트 디바이스에 많이 사용되는 리튬 이온 배터리




retailcrc.org




리튬 계열 배터리. 



기존 충전지 보다 작으면서 용량도 크고 빠른 충방전이 가능하기 때문에 여러기기에서 두루 쓰이는 팔방미인인데요.



가장 많이 사용되는 리튬 폴리머 배터리의 경우 전해질로 준고체 상태의 폴리머가 이용되다 보니,



다양한 크기, 다양한 형상으로 만드는 것도 가능해서, 말 그대로 안쓰이는 곳이 없다시피 합니다.



fliege.co




특히 한때 유명세를 불러왔던 드론만 봐도



작고 가벼우면서 큰 출력을 가진다는 장점 때문에 열이면 열, 모두 리튬폴리머 전지가 사용되고 있으며,



리튬폴리머가 없었으면 지금과 같은 보급이 어려웠을 것으로 보는 시각이 지배적이지요.






하지만 치명적인 문제가 하나 있으니 바로 안정성이 무지하게 나쁘다는 겁니다.



작은 부피에 많은 에너지를 가지고 있을 수 있는게 바로 리튬의 최대 장점인데, 



역설적으로 에너지 밀도가 높은 소재일 수록 외부 자극에 민감하게 반응할 수 밖에 없거든요.



nextfpv.com.au




당장 무선조종에 사용되는 RC 배터리들만 봐도



1셀 3.7V, 2셀 7.4V는 양반이고, 3셀의 11.1V, 심지어 4셀의 14.8V 같은 고전압 제품까지 나와 있습니다.



전압만 높으냐 하면 또 그게 다가 아니에요.



무지막지한 용량을 자랑해서 4,000mAh를 넘나드는 배터리들도 있는데,



여기에 방전률이 10C를 훌쩍 넘어, 순간적으로 일반 전자기기의 10배가 넘는 전류를 뱉어내기까지 합니다.



한 시간 동안 쓰는 전류량을 불과 6분 만에 써버리니, 안정적인게 오히려 이상할 정도라고 해야 할 듯.




fpv.tv




고성능의 배터리를 탑재해야 하다보니, 실제 시중에 저가형 드론의 배터리에서 불이나는 사고들이 종종 있었고,



대부분은 잘못된 배터리 취급으로 인해 불이 난 것으로 밝혀기도 했지요.





에이 그건 RC쪽 문제고 일반적인 리튬 폴리먼 괜춘하지 않나요?



글쎄요. 불과 몇 년 전에 있었던 갤럭시 노트 7의 화재 사건을 보면, 리튬 배터리 화재 사고는 결코 남의 일이 아닙니다.



www.tekrevue.com




아이폰 역시 배터리가 급격하게 부풀어 오르는 스웰링 현상이 보고되어, 일부 사용자들은 본체와 액정이 강제 분해 되는 특급열차를 타기도 했었고요.



모두 리튬 폴리머 배터리의 불안전성으로 인해 일어나는 사건인데요.



반응이 격렬하게 일어나는 폭발이나, 시간을 두고 천천히 부풀어오르는 스웰링이나,



정도의 차이만 있을 뿐이지 대부분의 모든 사람이 리튬 배터리의 불안전성에 노출되어 있다고 보는게 맞습니다.



debate.com.mx





흠... 리튬배터리들이 어떤 녀석인지는 알겠는데, 


그럼 어떻게 관리하는게 정신건강에 좋은 건가요?



리튬폴리머를 기준으로, 얘네들의 기준 전압(공칭전압) 은 3.7V 입니다.



이걸 두 개로 직렬 연결하면 2셀 7.4V가 되고 3셀이면 11.1V가 되는데요.



완전 충전 하게 되면, 셀 당 충전전압이 4.2V 까지 뛰어 올랐다가, 사용 상태에 따라 0V까지 떨어지는 구조를 가지고 있습니다.



propwashed.com




사실 이론상 4.2V 이상으로 충전도 가능하긴 합니다. 하지만 동시에 급격히 불안정해 지는건 막을 수가 없어요.



말로 하니까 '불안정'이지 거의 사제폭탄급 위력을 가질 수 있어서, 모든 리튬 충전기는 4.2V 이상의 충전을 막는 안전회로가 장착되어 있습니다.



하지만 리튬폴리머의 기준 전압은 3.7 V 입니다. 완충된 4.2V 자체도 이미 0.5V 높은 불안정한 상태인 것이지요.



때문에 만약 몇 개월 이상 장기 보존이 필요하다면, 



안전을 위해 절대 완충상태로 두지 말고, 의도적으로 전압을 낮추어 배터리를 안정 시키는게 중요합니다.



정확한 전압을 확인하긴 힘드니, 배터리 용량이 50% 정도 될때까지 기기를 사용하거나, 충전시키는 것도 방법이겠지요.



rotorcraze.com




이렇게 관리를 하더라도 배터리의 수명에 따라 스웰링 현상이 발생하는데요.



혹시나 배가 부풀었으면, 배터리 사용을 중지하고, 지정된 배출장소에서 폐기해야 합니다.



RC 인들은 완전 방전 후, 소금물에 담구어 전기분해 잔류 전력마저 없애는 방식을 사용하는데요.



이건 고성능 고용량의 리튬 배터리를 사용하다 보니 나온 취급 방식이고, 전기분해 과정에서 독성이 있는 염소가스가 배출 되기 때문에, 



일반 스마트 기기의 경우 완전방전후 정해진 곳에 버리는게 가장 나아 보이는군요.







배가 부풀었다고 리튬 폴리머의 배(?)를 갈라 가스빼는 용자 용자도 있는 모양인데요.



염소가스 배출 + 화염의 크리가 터질 가능성이 상당히 높기 때문에, 영상에도 나왔 듯, 절대로, 아무나 따라해서는 안되는 작업입니다.







마지막으로, 정말 혹시나, 리튬 배터리의 문제로 화재가 발생했다면, 물을 끼얹지 말고 반드시 모래로 불을 꺼야 합니다.



리튬 배터리의 화재는 일반 화재가 아닌 금속화재, 즉 내부의 금속물질의 높은 반응성 때문에 화재이므로,



물을 끼얹는 일반적인 화재 진화 방식은 오히려 폭발을 부추길 수 있거든요. 



(지난번 글의 나트륨 반응을 떠올리시면 됩니당)



medium.com




공기를 차단하는 소화기도 화재 진화 자체에는 도움이 되질 않지만, 최소한 번지지 않게 시간을 끄는 용도로는 사용이 가능하며,



그 사이에 재빨리 모래를 들고 와서 불이난 배터리를 덮어버리면, 폭발 없이 안전하게 배터리 화재를 진화할 수 있다고 하지요.




en.wikipedia.org




RC를 전문적으로 하시는 분들을 보면, 폭발이나 화재에 강한 리튬 폴리머용 별도 용기를 구비하기도 하는데요.



리튬 계열 배터리들이 워낙 여러곳에 사용되기 때문에, 배터리의 특성과 관리방법을 어느정도 숙지하는 편이 좋지 않나 싶습니다.



문제가 생겼을 때의 대처 방안도 알고 있으면 금상첨화일 테고요. ^^







저도 요새 장난감 RC를 많이 들이는 중인데,



조만간 배터리 별도 격납 용기에, 집에 화재 대비용 모래를 구비해 놓아야 할 것 같아요 ㅋ







P.S. 원활한 글의 흐름을 위해 완전방전에 대해 언급하지 않았는데, 리튬 배터리들은 완충 뿐만 아니라 완전방전도 문제가 됩니다.



2.7V로 내려가면 배터리에 데미지가 발생하면서 충전효율이 급격히 떨어지는데요.



내부물질 중 일부가 부반응에 의해 원하는 않은 형태로 변질(염소가스)돼 원래의 기능을 막아 성능이 떨어진다고 보면 된답니다.



즉, 핸드폰의 배터리 0% 표시는 실제 완전방전이 아니란 이야기가 되겠네요 ^^



Posted by 위저드아이언 wizard_IRON