전지 및 전기화학 (공사)

Battery & Electrochemistry

전지와 전기화학은 화학 에너지와 전기 에너지를 서로 바꾸는 원리와 축전지 특성을 다루는 단원이에요. 1차 전지는 일회성이고 축전지는 충·방전이 가능하며, 방전율에 따라 용량이 달라 보여요. 패러데이 법칙과 내부저항·단자전압 관계가 계산의 뼈대예요. 방전율 슬라이더로 방전 특성이 어떻게 바뀌는지 확인해 봐요.

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

🔑 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