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전기기사 전기응용 · 전지·축전지 재료 (공사)

Battery Materials

전지 · 축전지 재료는 양극판 · 음극판 · 전해액 · 분리막이 어떻게 한 셀을 이루는지, 그리고 리튬 이온 전지의 양극 재료가 무엇이 다른지를 다룬다. LCO · NMC · LFP · NCA 처럼 양극 조성이 달라지면 에너지 밀도와 안전 · 수명 사이의 균형이 달라진다. 재료를 알면 용도에 맞는 축전지를 고르기 쉬워요. 전지 종류 슬라이더를 1 · 2 · 3 으로 옮기면 납축전지 · 리튬 이온 · 니켈카드뮴 셀의 내부 구조와 부품별 재료, 셀 전압이 나와요.

축전지 = 극판 + 전해액 + 분리막

🔋 축전지 재료의 세 요소
① 양극 재료: 산화 · 환원 반응의 주체로 에너지 밀도를 정한다
② 음극 재료: 전자를 내보내는 쪽으로 전압과 수명에 영향을 준다
③ 전해액: 이온이 오가는 길로 내부 저항과 온도 특성을 정해요

전지 종류별 구성 재료

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🔑 종류별 핵심 차이
① 납축전지: PbO₂ · Pb + 황산, 셀 2.0 V, UPS · 비상 전원
② 리튬 이온: LiCoO₂ 등 · 흑연 + 유기 전해액, 셀 3.7 V, ESS · 전기차
③ 니켈카드뮴: NiOOH · Cd + KOH, 셀 1.2 V, 과방전에 강해 비상등에 써요

리튬 이온 양극 재료 비교

LCO(코발트산 리튬)
LiCoO₂: 에너지 밀도↑, 비쌈, 열 안정성↓
스마트폰 · 노트북 같은 소형 기기
NMC(니켈 망간 코발트)
LiNiMnCoO₂: 균형형, 전기차 주류
에너지 밀도와 안전성의 균형으로 많은 전기차가 쓴다
LFP(인산철 리튬)
LiFePO₄: 안전↑, 수명↑, 에너지 밀도↓
ESS(전기 저장 장치), 전기 버스
NCA(니켈 코발트 알루미늄)
LiNiCoAlO₂: 가장 높은 에너지 밀도
장거리 전기차, 열 관리 필수

분리막과 안전 재료

🛡️ 분리막(세퍼레이터)의 역할
① 양극과 음극을 물리적으로 갈라 단락을 막는다
② 미세한 구멍으로 이온은 지나가게 한다
③ 셧다운: 온도가 오르면 구멍이 막혀 전류를 끊는다
④ 재질은 PE(폴리에틸렌) · PP(폴리프로필렌)이고 세라믹 코팅도 해요
BMS(배터리 관리 시스템)
과충전 · 과방전 · 과전류 · 온도 감시
셀 균형 + SOC · SOH 추정 + 보호 회로

정리: 자주 나오는 것

납축전지
PbO₂/Pb + H₂SO₄
셀 2.0 V
리튬 이온
LiCoO₂ / C + 유기 전해액
셀 3.7 V
🎯 시험 포인트
① 납축전지: PbO₂(양극) · Pb(음극) · H₂SO₄(전해액), 비중 1.2 ~ 1.28
② 리튬 이온 양극: LCO 는 소형, NMC 는 전기차, LFP 는 ESS
③ 니켈카드뮴은 메모리 효과가 있고, 카드뮴이 유해해 사용이 규제된다
④ 분리막은 PE · PP 이고 셧다운 기능이 안전의 핵심이다
⑤ BMS 는 SOC(충전 상태)와 SOH(건강 상태)를 감시해요
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