추운 날씨에 배터리가 빨리 닳는 이유

날씨가 추워지면 우리의 몸은 움직임이 둔해지고 움츠러들게 되는데요. 날씨에 따라 활동량이 변하는 것은 신체 뿐만이 아닙니다. 우리가 쓰는 핸드폰, 전기차 등 전자 기계에 들어가는 배터리도 추운 날씨에는 움직임이 둔해진다고 하는데요. 무슨 일일까요?

 

 

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전자 제품에는 리튬 배터리

   

핸드폰, 전기차 등 전자 제품에 사용되는 대부분의 배터리는 리튬 이온 배터리인데요. 리튬 이온 배터리는 ‘리튬 이온’이 움직이면서 충전과 방전을 하는 형태입니다.

리튬 이온 배터리의 구조에 대해 자세히 알아볼까요? 리튬 이온 배터리는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 4가지 부분으로 구성되어 있습니다. 양극재와 음극재 사이에는 전해질과 분리막이 있는데요. 분리막이 양극재와 음극재의 접촉을 차단하고, 전해질을 통해 리튬 이온이 이동을 합니다. 

외부에서 전기 에너지가 들어오면 배터리의 양극재에 있던 리튬 이온이 전해질을 통해 음극으로 이동하며 전기 에너지가 충전 되는데요. 반대로 음극에 있던 리튬 이온이 원래대로 되돌아가는 과정에서 전기가 발생하고 방전이 일어납니다. 이렇게 생성된 전기는 다양한 전자제품을 움직이는 힘이 되죠. 

 

 

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온도와 배터리의 상관관계

  

앞서 말씀드린 것처럼, 배터리 속 리튬 이온은 전해질을 타고 이동하며 충전과 방전을 일으키는데요. 이 전해질은 리튬염, 유기용매, 첨가제를 포함한 ‘액체’ 형태입니다. 

액체는 온도가 낮아질수록 얼면서 고체화되는데요. 이때 분자의 움직임이 줄어듭니다. 동시에 내부 저항이 증가해 전해질을 타고 이동하는 리튬이온의 활동력이 하락하죠. 때문에 날씨가 추워지면 리튬 이온의 움직임이 줄어들며 충전 속도도 감소하고 배터리 이용 시간도 줄어들게 됩니다. 

반대로 너무 높은 온도에서는 어떨까요? 리튬 이온 배터리는 너무 높은 온도에서도 주의가 필요합니다. 높은 온도에 액체인 전해질이 가열되거나 가스가 발생할 수 있고 배터리 내부 온도와 압력이 높아질 수 있습니다. 이 같은 이유 때문에 좋은 전해액의 조건에는 ‘낮은 어는점’과 ‘높은 발화점’이 있습니다. 

 

 

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배터리 방전이 성능에 영향을 미칠까?

   

우리나라의 경우 여름과 겨울의 온도 차가 매우 큰데요. 가장 더운 8월에는 평균 기온이 26도를 넘지만, 가장 추운 1월이 되면 영하 6도를 넘게 내려가는 등 평균 기온 차가 30도를 넘나들고 있습니다. 

이런 상황에서 많은 분들이 날씨에 따라 방전되는 배터리가 성능이 저하될까 걱정을 하실텐데요. 다행히 추운 날씨로 방전된 리튬 이온 배터리는 온도가 올라가면 이온의 속도가 회복되어 원래 성능을 회복할 수 있습니다. 

그러나 급격한 온도 변화는 배터리 소재 자체의 손상을 가져올 수 있습니다. 이 경우 배터리가 원래 성능을 발휘하지 못하고, 제품의 고장으로 이어질 수 있어 리튬 이온 배터리가 든 제품을 사용할 때는 급격한 온도 변화를 피하는 것이 좋습니다. 

 

 

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겨울철 배터리 방전을 막아라!

   

배터리 수명을 늘리고 방전에 대비하기 위해서는 몇가지 주의 사항을 지켜야 합니다. 

먼저 스마트폰의 경우 충전이 완료되면 케이블을 분리하는 것이 좋습니다. 또한 추운 날에는 주머니나 가방에 핸드폰을 보관해 온도를 유지하면 배터리 방전을 막을 수 있습니다. 리튬 이온 배터리가 최적의 상태를 유지하는 15~35℃를 유지하면 좋겠죠?

전기차의 경우 실외 주차장보다 실내, 지하 주차장을 이용하면 방전을 막을 수 있습니다. 또한 내부 히터를 켜 배터리 소모를 늘리기보다 열선 시트를 사용하거나 차량 내부 폐열을 사용하는 히트펌프 시스템을 사용하는 것이 좋습니다.

무엇보다도, 리튬이온 배터리는 완전 방전이 될 경우 성능이 저하될 수 있어 방전이 되기 전 자주 충전을 해주는 것이 좋습니다. 

 

추운 겨울, 움직이기를 싫어하는 것은 사람뿐만이 아니었습니다. 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 각종 전자기기 속 배터리도 마찬가지였는데요. 보온 없이 추위를 맞다 보면 감기에 걸리는 것처럼 배터리도 방전에 걸릴 수 있다는 사실! 올 겨울부터는 배터리도 적정 온도로 보온해 최적의 성능을 유지하는 것이 좋겠습니다.

 

 

 

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종합 케미칼 & 에너지 리더,

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