배터리 용량과 관련된 요소는 무엇인가요?

추운 겨울에 우리가 야외에서 휴대폰을 사용할 때 배터리가 여름철보다 더 빨리 소진되는 것을 알 수 있습니다. 고속 충전 배터리는 느리게 충전되는 배터리보다 더 빨리 소진되죠. 그렇다면 배터리 용량과 관련된 요소는 무엇일까요?

1. 온도

온도는 배터리 용량에 큰 영향을 미칩니다. 온도가 상승함에 따라 배터리의 용량이 증가합니다. 첫째, 온도 상승은 배터리 내부의 화학 반응을 촉진하고 리튬 이온 이 더 빠르게 이동하여 사용 가능한 용량이 증가합니다.

둘째, 저온 조건에서는 전해질이 점성이 증가하고 리튬 이온의 전도도가 감소하며, 옴저항 극분극, 농도 극분극, 전기화학적 극분극이 모두 심화되어 리튬 이온의 삽입(embedding)이 방해받습니다.

더욱이 양극 및 음극 재료의 격자는 저온에서 수축되며, 리튬 이온의 삽입 및 탈리 채널은 좁아져 반응을 완료하는 데 더 많은 에너지가 필요해지고, 이로 인해 전기화학적 분극이 발생합니다. 저온에서는 전극 표면에서의 전하 이동 속도가 느려지는데, 마치 바퀴가 얼음 위에서 미끄러지는 것처럼 이온들이 계면에 축적되며 농도 분극을 형성합니다.

2. 방전율

배터리의 방전율이 감소함에 따라 배터리 용량도 증가합니다.

저조도 방전율(예: 0.2C)에서는 리튬 이온이 양극 및 음극 재료로부터 탈리할 시간이 충분하여 분극 손실을 줄일 수 있습니다. 그러나 고방전율(예: 1C)에서는 리튬 이온이 너무 빠르게 이동하여 일부 활성 물질이 신속하게 반응할 수 없게 되고, 이로 인해 활용 가능한 용량이 감소합니다.

배터리 방전 속도가 낮으면 마치 거의 비어갈 때까지 강하게 짜내는 치약처럼 작동하지만, 조금 더 천천히 짜면 여전히 일정 시간 동안 사용할 수 있다.

3. 충전 속도

낮은 속도로 충전하면 배터리 내부의 분극화 현상을 줄일 수 있다. 충전 전류가 낮을수록 리튬 이온이 전극 물질 내부를 더 고르게 확산되어 에너지 손실을 최소화한다. 간단히 말해, 느리게 충전하면 배터리를 완전히 충전할 수 있기 때문에 더 많은 전력을 방출할 수 있다.