배터리의 작동원리와 연료전지와 비교할 때의 장단점, 자동차 적용 방식

배터리의 작동원리와 연료전지와 비교할 때의 장단점, 자동차 적용 방식에 대해 정리해보도록 하겠습니다. 

 

 

배터리의 작동원리

배터리의 작동원리는 연료전지를 이해하는 것에서 시작될 수 있습니다. 연료 전지의 작동원리를 잘 이해하게 되면 배터리의 작동원리는 쉽게 이해할 수 있습니다. 최근 가장 널리 사용되고 있는 리튬 이온 배터리를 예를 들어 설명해보도록 하겠습니다. 배터리 방전식인 전기를 사용하게 될 경우 탄소와 결합되어 있는 리튬이 이온화되면서 리튬이 양이온과 전자로 분리가 됩니다. 이때 전자의 경우 연료 전지에서처럼 도선을 통하여 이동을 하고 리튬 이온은 전해질을 통해 우측 전극으로 이동을 하게 됩니다. 이때 우측 전극에서는 코발트 산화물이 존재하고 있으며 리튬이온과 전자는 여기서 다시 만나 리튬 코발트 산화물로 변하게 됩니다. 이렇게 반응하는 과정에서 전선을 통해 이동하게 된 전자는 당연히 전류를 생성하게 됩니다. 이 과정이 배터리를 통해 전기를 만들어내는 과정입니다. 

 

 

배터리와 비교한 연료전지의 장단점

배터리와 연료 전지가 전기 화학이라는 같은 메커니즘을 기반으로 하여 전기를 생산하지만 각각이 가지고 있는 특징과 장단점은 비교적 명확하게 구분이 됩니다. 우선 연료 전지의 경우 연료를 저장하는 연료 탱크와 전기 화학반응이 발생하게 되는 연료 전지로 구성됩니다. 자동차로 비유하게 되면 연료 탱크의 크기가 자동차가 이동할 수 있는 최대 거리를 결정하게 됩니다. 또한 연료 전지의 크기는 출력의 크기도 결정을 합니다. 따라서 연료 탱크와 연료 전지 용량 조절을 통해 사용자의 목적에 부합하는 전기 에너지 공급이 가능합니다. 하지만 연료 전지와 탱크 외에 공기를 공급하는 장치인 컴프레서나 가습기 등 다양한 부가 요소들을 필요로 하기 때문에 시스템이 복잡해지고 소형 전원에서는 배터리보다 불리한 단점이 있습니다. 

 

연료 전지의 정의와 원리에 대한 이해와 연료 전지의 화학반응

연료 전지의 정의와 원리에 대한 이해와 연료 전지의 화학반응

 

연료전지와 비교한 배터리의 장단점

배터리는 내부에 저장된 리튬이 한쪽 전극에서 다른 쪽에 있는 전극으로 이동을 하면서 전기를 생산해내는 방식을 가지고 있습니다. 당연히 연료 탱크와 같은 부가적인 요소들을 필요로 하지 않기 때문에 연료 전지와 비교하여 훨씬 단순한 시스템을 갖는다는 장점이 있습니다. 이러한 장점은 소형 전원에서도 범용적으로 사용할 수 있다는 또 다른 장점을 만들어냅니다. 하지만 연료 전지처럼 에너지 변화 장소와 에너지 저장소 등이 분리가 되어 있지 않아 사용자의 목적에 맞춘 맞춤형 전원으로 만들어내는 데는 연료 전지보다 불리한 단점을 가지고 있습니다. 

 

 

1회 충전 시 갈 수 있는 최대 거리와 부피 및 중량의 관계에 따른 적용 방식의 차별화

1회 충전 시 갈 수 있는 최대 거리와 부피 및 중량 등을 따져보면 배터는 초기 부피와 중량은 비교적 작지만 1회 충전 시 이동할 수 있는 최대 거리를 늘리기 위해서는 더 많은 부피와 중량을 필요로 하게 됩니다. 반대로 연료전지의 경우 초기 부피와 중량은 비교적 크지만 이동 가능한 최대 거리를 늘리더라도 부피나 중량이 크게 증가하지 않는다는 장점을 가지고 있습니다. 이러한 특징은 자동차로 따지게 되면 중소형 차량, 대형차량에서 연료 전지를 사용하는 것이 나은지, 배터리를 사용하는 것이 나은지를 구분하는 지점이 됩니다. 배터리와 연료전지에 적용되는 기술이 지속적으로 급격하게 발전하고 있는 상황이기 때문에 시간에 따라 달라지고 있지만 현재를 기준으로 생각해볼 때, 중소형 차량의 경우 배터리가 유리한 측면이 있고 중대형 차량은 연료전지가 조금 더 유지합니다. 그렇기 때문에 예전에는 연료전지와 배터리가 서로 경쟁관계에 있다고 할 수 있었지만 짧은 거리를 운전하는 중소형 차량은 배터리를 장착하고 많은 거리와 높은 출력을 요구하는 버스, 화물, 특수 목적 차량은 연료 전지를 사용하는 등 두 기술이 서로 함께 공존하고 있는 생태계가 만들어지고 있는 상황입니다. 앞으로의 추세는 또 어떻게 변화해갈지는 아직 모르는 상황이지만, 앞으로의 자동차, 다양한 모빌리티의 발전과 함께 동력원의 발전도 더욱 기대되고 있는 부분이 많습니다.