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전기기사 전기응용 · 전지 및 전기화학 (공사)

Battery & Electrochemistry

전지와 전기 화학은 화학 에너지와 전기 에너지를 서로 바꾸는 원리, 그리고 축전지의 충 · 방전 특성을 다루는 단원이다. 1차 전지는 한 번 쓰고 버리고, 축전지는 충전해 다시 쓰며, 축전지는 빨리 방전할수록 같은 종지 전압에 더 일찍 닿아 쓸 수 있는 용량이 준다. 패러데이 법칙과 내부 저항 · 단자 전압 관계가 계산의 뼈대예요. 방전율 슬라이더를 0.1 ~ 1C 로 옮기면 납축전지 셀 전압 곡선이 아래로 내려가고, 붉은 점선(종지 1.75 V)에 닿는 시점이 앞당겨져요.

전기 화학: 화학 에너지 ↔ 전기 에너지

🔋 전지의 종류
① 1차 전지: 화학 → 전기, 한 번 쓰고 끝난다(망간 · 알칼리 건전지)
② 2차 전지(축전지): 화학 ⇄ 전기, 충 · 방전을 되풀이한다(납축전지 · 리튬 이온)
③ 연료 전지: 수소 + 산소 → 전기 + 물, 연료를 계속 넣어 발전해요

축전지 방전 특성

0.1C
🔑 방전율의 핵심
① 방전율(C-rate)이 높을수록 전압이 낮아지고 실제로 쓸 수 있는 용량이 줄어든다
② 납축전지는 셀당 정격 2.0 V, 방전 종지 1.75 V 다
③ 정격 용량은 10시간율(0.1C)이 기준이라, 그보다 빨리 방전하면 용량이 정격보다 작아요

전기 화학 핵심 식

패러데이 전기 분해 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: 방전 전류[A], t: 방전 시간[h]
내부 저항과 단자 전압
V = E - I·r [V]
E: 기전력, r: 내부 저항, 부하 전류가 클수록 V 가 낮아진다
충전 전류(처음)
I = (Vch - E) / r
Vch: 충전기 전압, E: 전지 기전력

전지 종류 비교와 전식 방지

⚡ 축전지 비교
① 납축전지: 셀 2.0 V, 에너지 밀도가 낮지만 싸서 UPS · 비상 전원에 쓴다
② 리튬 이온: 셀 3.6 ~ 3.7 V, 에너지 밀도가 높지만 비싸고 ESS · 전기차에 쓴다
③ 알칼리 축전지(니켈카드뮴 등): 셀 1.2 V, 과방전 · 저온에 강하고 수명이 길며 메모리 효과가 있다
④ 1차 전지인 알칼리 건전지는 1.5 V 라 이름이 비슷해도 알칼리 축전지와 달라요
전식(부식) 방지
희생 양극법 / 외부 전원법
희생 양극법은 이온화 경향이 큰 아연 · 마그네슘을 붙여 대신 녹게 하고, 외부 전원법은 보호할 금속을 직류 전원의 (−) 에 이어 음극으로 만든다

정리: 자주 나오는 식

패러데이 법칙
m=AIt/(zF)
전기 분해 계산
전지 용량
C=I×t [Ah]
방전 전류 × 시간
🎯 시험 포인트
① 패러데이 법칙: F = 96,485 C/mol, z = 원자가로 석출량을 계산한다
② 납축전지: 셀 2.0 V, 종지 1.75 V, 전해액 비중 1.2 ~ 1.28
③ 리튬 이온과 납축전지의 에너지 밀도 · 전압 · 쓰임을 비교한다
④ 전식 방지: 희생 양극법(아연 · 마그네슘)과 외부 전원법(직류 전원)을 구별한다
⑤ 충전 방식은 정전류(CC) · 정전압(CV) · 둘을 잇는 CC-CV 충전이에요
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