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전지 및 전기화학 (공사)

Battery & Electrochemistry

전기화학 = 화학 에너지 ↔ 전기 에너지

🔋 전지의 본질

① 1차 전지: 화학→전기 (일회성, 건전지·망간전지)

② 2차 전지(축전지): 화학⇄전기 (충방전 반복, 납축전지·리튬이온)

③ 연료전지: 수소+산소→전기+물 (연속 투입, 발전용)

축전지 방전 특성

방전율0.1C

방전율에 따른 납축전지 셀 전압 변화 곡선

🔑 방전율 핵심

① 방전율(C-rate)↑ → 실사용 용량↓, 전압 강하↑

② 납축전지: 셀당 2.0V(정격), 방전종지 1.75V

③ 10시간율(0.1C)이 정격 용량 기준 → 고율방전 시 용량 감소

전기화학 핵심 공식

패러데이 전기분해 법칙

m = (A × I × t) / (z × F) [g]

A: 원자량, I: 전류[A], t: 시간[s], z: 원자가, F=96,485 C/mol

축전지 용량

C = I × t [Ah]

I: 방전전류[A], t: 방전시간[h]

전지 내부저항과 단자전압

V = E - I·r [V]

E: 기전력, r: 내부저항, 부하↑ → V↓

충전 전류(초기)

I = (V_ch - E) / r

V_ch: 충전기 전압, E: 전지 기전력

전지 종류 비교와 전식방지

⚡ 축전지 비교

① 납축전지: 셀 2.0V, 에너지밀도 낮음, 가격↓, UPS·비상전원

② 리튬이온: 셀 3.6~3.7V, 에너지밀도 높음, 가격↑, ESS·EV

③ 니켈카드뮴: 셀 1.2V, 과방전 강함, 메모리효과 있음

④ 알칼리전지: 셀 1.2V, 저온특성 양호, 장수명

전식(부식) 방지

희생양극법 / 외부전원법

희생양극: Zn·Mg(비금속)으로 보호, 외부전원: 음극에 (-) 인가

시험 포인트 총정리

패러데이 법칙

m=AIt/(zF)

전기분해 계산

전지 용량

C=I×t [Ah]

방전전류×시간

🎯 시험 포인트

① 패러데이 법칙: F=96,485 C/mol, z=원자가 → 계산주요 출제 포인트

② 납축전지: 셀 2.0V, 종지 1.75V, 비중 1.2~1.28

③ 리튬이온 vs 납: 에너지밀도·전압·용도 비교

④ 전식방지: 희생양극법(Zn/Mg) vs 외부전원법(인가전류) 구별

⑤ 충전방식: 정전류(CC), 정전압(CV), CC-CV 복합 충전