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AA 전지

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목차

1. 개요

AA 전지는 길이 51mm, 지름 13.5~14.5mm의 건전지 규격이다. 다양한 종류가 있으며, 1.5V의 전압을 가진 알칼라인 전지, 1.2V의 니켈-카드뮴(NiCd) 및 니켈 수소(NiMH) 충전지, 1.5V 리튬 전지 등이 있다. AA 전지는 AAA, C, D 전지보다 크기 때문에 더 많은 용량을 가지며, 1차 전지(충전 불가)는 아연-탄소, 알칼리, 리튬 전지가, 2차 전지(충전 가능)는 NiCd, NiMH, 리튬 이온, 니켈-아연 전지가 있다. 2011년 미국에서 알칼라인 배터리 판매량의 약 60%를 차지하는 등 널리 사용된다.

2. 크기

AA 전지는 길이가 51mm(꼭지를 빼면 50.1mm), 지름이 13.5mm~14.5mm이다.[27][28][29] 전형적인 알칼라인 AA 전지는 무게가 23g 정도이고,[30] 리튬 AA 전지는 15g 정도이며, NiMH(니켈 메탈 하이드라이드) 전지는 31g 정도이다.[9]

D, C, '''AA''', AAA, AAAA 전지 및 9V 전지


AA 전지의 길이는 버튼 단자를 포함하여 49.5mm~50.5mm이며, 지름은 13.7mm~14.5mm이다.[6] 양극 단자 버튼은 높이 최소 1mm, 지름 최대 5.5mm여야 하며, 평평한 음극 단자는 지름이 최소 7mm이고 최대 0.5mm의 홈을 가져야 한다.[1][6] 보호 회로가 있는 14500 리튬 전지는 최대 53mm까지 더 길다.

3. 종류 및 특성

AA 전지는 사용되는 화학 물질에 따라 다양한 종류와 특성을 가진다. 크게 1차 전지와 2차 전지로 나눌 수 있다.

1차 전지는 충전이 불가능한 전지로, 아연-탄소 전지, 알칼리 전지, 리튬 전지 등이 있다.


  • 아연-탄소 전지: 400~900mAh 용량
  • 염화 아연 전지: 1000~1500mAh 용량
  • 알칼리 전지: 1700~3000mAh 용량
  • 리튬 전지: 디지털 카메라와 같이 전력 소모가 많은 기기에 사용, 수명이 길고 전압 안정성이 우수


2차 전지는 충전하여 재사용할 수 있는 전지로, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈 수소 배터리(NiMH), 리튬 이온 배터리(lithium-ion) 등이 있다.

  • NiCd 전지: 600~1000mAh 용량
  • NiMH 전지: 600~2750mAh 용량
  • 리튬 이온 전지: 3.6~3.7V 전압 (AA 크기 대신 14500으로 코딩되기도 함), 1.5V로 전압을 낮추는 회로가 내장된 AA 크기 리튬 이온 전지도 있음


최근에는 1.5V AA 사이즈 리튬 이온 충전식 배터리가 여러 브랜드로 출시되고 있으며, 다양한 충전 방식을 사용한다. 니켈-아연 전지(NiZn)는 1.65V 충전식 AA 전지로 출시되었지만, 널리 사용되지는 않는다.

AA 전지의 종류별 비교는 아래 표와 같다.

화학IEC 명칭ANSI/NEDA 명칭공칭 전압 (V)50mA 정전류 방전 시 용량 (mAh)공칭 전압 및 50mA 방전 시 최대 에너지 (Wh)재충전 가능
아연-탄소R615D1.50400–1,7002.55아니요
알칼리LR615A1.501,800–2,8503.90
Li-FeS2FR615LF1.502,700–3,4005.10아니요
Li-ion??R15/50145003.60–3.70600–1,100 (1.5V에서 1,600 mAh)3.88예
LiFePO4145003.2–3.3600–1,000+2.80예
NiCdKR615K1.20600–1,0001.20예
NiMHHR615H1.20600–2,7503.42예
NiZnZR6?1.60–1.651,500–1,8002.97예


3. 1. 1차 전지

NiMH(니켈 메탈 하이드라이드) AA 전지


AA 전지의 공식 전압은 1.5볼트이다. 니켈-카드뮴 전지 및 NiMH 충전 가능한 전지의 전압은 1.2볼트이다. 특수한 화학물질을 쓴 일부 전지는 부하가 걸린 상태에서 최고 1.6V의 전압을 내기도 한다.[31] AA 전지의 전압은 AAA 전지, C 전지, D 전지의 전압값과 같다. 일반적으로 AA 전지는 AAA 전지보다 오래 가는데, AA 전지가 AAA 전지보다 크기가 커서 전력 생성에 필요한 이온과 같은 화학 물질들을 더 많이 함유하고 있기 때문이다. C, D 전지도 마찬가지로 AA 전지보다 크므로 AA 전지보다 오래 간다. 즉 전지의 크기가 클수록 그 용량도 증가한다고 말할 수 있다.

1차 (충전불가) 아연-탄소 전지(건전지) AA 배터리는 약 400~900밀리암페어시의 용량을 가지며, 측정된 용량은 테스트 조건, 듀티 사이클, 차단 전압에 따라 크게 달라진다.[10] 아연-탄소 전지는 일반적으로 "일반용" 배터리로 판매된다. 염화 아연 전지는 약 1,000~1,500 mAh를 저장하며 "고성능" 또는 "초고성능"으로 판매되는 경우가 많다. 알칼리 배터리는 1,700 mAh에서 2,850 mAh까지이며 염화 아연 배터리보다 비싸지만 더 많은 전하를 보유한다. AA 크기 알칼리 배터리는 IEC에서는 LR6, JIS에서는 AM-3으로 지정된다.

기존 망간 전지나 알칼리 전지에 비하여 순간 고출력과 전압 안정성이 우수하고 보다 고용량인 1회용 리튬 전지는 디지털 카메라와 같이 전력 소모가 많은 기기에 사용된다. 가격이 비싸지만 수명이 길어, 전지 교체 회수를 줄여준다. 비충전식 리튬 철 이황화물 배터리는 디지털 카메라와 같이 더 많은 전류를 소모하는 장치용으로 제조되며, 배터리 교체 간의 더 긴 작동 시간과 방전 중 더 일정한 전압으로 인해 높은 비용이 상쇄된다. 알칼리 배터리의 용량은 방전 전류가 증가함에 따라 크게 감소하지만, Li-FeS2 배터리의 용량은 알칼리 배터리만큼 높은 방전 전류의 영향을 거의 받지 않는다. 알칼리 배터리에 비해 리튬 이황화물 배터리의 또 다른 장점은 누액이 덜 발생한다는 것이다. 이는 누출된 알칼리 배터리의 부식성 전해액이 민감한 전자 장치와 접촉하여 장비를 손상시킬 수 있는 고가 장비에서 특히 중요하다. 리튬 철 이황화물 배터리는 알칼리 아연 배터리와 호환되는 장비에 사용하도록 설계되었다. 리튬-철 이황화물 배터리는 개방 회로 전압이 최대 1.8볼트일 수 있지만, 폐쇄 회로 전압이 감소하여 이 화학적 특성은 아연 기반 배터리에 맞춰진 장비와 호환된다. 새 알칼리 아연 배터리는 개방 회로 전압이 1.6볼트일 수 있지만, 개방 회로 전압이 1.7볼트 미만인 리튬 철 이황화물 배터리는 완전히 방전된 것이다.[10]

3. 2. 2차 전지



니켈-카드뮴 전지 및 NiMH 충전 가능한 2차 전지의 전압은 1.2V이다. AA 전지는 AAA 전지, C 전지, D 전지와 전압이 같다. 일반적으로 AA 전지는 AAA 전지보다 크기 때문에, 전력 생성에 필요한 이온과 같은 화학 물질을 더 많이 함유하고 있어 더 오래 간다. C, D 전지도 마찬가지로 AA 전지보다 크므로 AA 전지보다 오래 간다.[31]

AA 크기의 충전식 배터리는 다음과 같은 여러 가지 화학 물질로 제공된다.

  • 니켈-카드뮴 배터리(NiCd): 약 600~1,000mAh 용량[11]
  • 니켈 수소 배터리(NiMH): 600~2,750mAh의 다양한 용량[12][13]
  • 리튬 이온 배터리(lithium-ion)


NiCd 및 NiMH는 1.2V를 제공한다. 리튬 이온 배터리는 공칭 전압이 3.6~3.7V이며, 이 전압의 AA 크기 셀은 AA 대신 14500으로 코딩된다. 1.5V로 전압을 낮추는 회로가 있는 AA 크기 리튬 이온 셀도 제조된다.

NiMH 및 리튬 이온 AA/14500 셀은 높은 전류 방전(0.5A 이상)에서도 대부분의 용량을 공급할 수 있다. 하지만 알카라인 및 아연-염화물("Heavy Duty"/"Super Heavy Duty") 셀은 1C에 도달하기도 전에 낮은 전류 용량의 작은 부분으로 떨어진다.[14][15][16][17]

파나소닉(Panasonic) 에네루프(Eneloop) AA 및 AAA 크기의 1.2V 니켈 수소 충전지


2014년부터 중국 회사인 Kentli가 "Kentli PH5"라는 이름으로 1.5V AA 사이즈 리튬 이온 배터리를 판매했다. 이후 다른 공급업체에서도 유사한 배터리가 출시되었으며, AA 사이즈 배터리 케이스 안에 3.7V 충전식 리튬 이온 셀과 양극 단자에 내장된 벅 컨버터를 넣어 출력 전압을 1.5V로 낮춘 제품이다.[18] Kentli 배터리는 특수 충전기로 충전할 수 있도록 AA 전극 주변의 링 형태로 일반적인 3.7V 리튬 이온 전극을 노출시킨다. 이 배터리는 새 알카라인 전지 AA 셀과 동일한 1.5V를 제공하지만, 다른 일회용 또는 충전식 전지와 달리 방전 과정에서 전압 강하가 거의 없다. 리튬 이온 화학적 특성으로 인해 월 3%의 낮은 자체 방전율을 보인다.[19] 250mA 방전 시 1.5V에서 1,700mAh의 용량을 가지며, 이는 강압 컨버터의 낮은 효율로 인해 다른 화학적 특성의 배터리보다 낮다.[20] 일부 최신 리튬 이온 AA 배터리는 밀리암페어시 (mAh) 대신 밀리와트시 (mWh) 단위로 용량을 표시하여 소비자의 관심을 끈다. 일반적으로 3,000 이상을 주장하지만 실제로는 2,000mAh이다.

2023년까지 AA 및 AAA 사이즈 모두에서 1.5V 리튬 이온 충전식 배터리가 여러 브랜드로 출시되었다 (작은 AAA 케이스에도 전압 변환 회로가 내장됨). 이들은 다양한 충전 방식을 사용하며, Kentli의 링 형태의 세 번째 전극은 사용하지 않는다. 일부는 특수 충전기를 사용하며, 1.2V 셀용 충전기는 충분한 전압을 제공하지 못하지만 세 번째 전극은 사용하지 않는다.[21] 다른 배터리는 셀 자체에 USB 포트가 내장되어 있다.[22]

니켈-아연 전지 (NiZn) 1.65V 충전식 AA 및 AAA 전지도 출시되었지만, 널리 사용되지는 않는다. 이러한 전지는 해당 전압을 공급할 수 있는 충전 회로가 필요하다.

3. 3. 종류별 비교 (50mA 정전류 방전 기준)

화학IEC 명칭ANSI/NEDA 명칭공칭 전압 (V)50mA 정전류 방전 시 용량 (mAh)공칭 전압 및 50mA 방전 시 최대 에너지 (Wh)재충전 가능
아연-탄소R615D1.50400–1,7002.55아니요
알칼리LR615A1.501,800–2,8503.90
Li-FeS2FR615LF1.502,700–3,4005.10아니요
Li-ion??R15/50145003.60–3.70600–1,100 (1.5V에서 1,600 mAh)3.88예
LiFePO4145003.2–3.3600–1,000+2.80예
NiCdKR615K1.20600–1,0001.20예
NiMHHR615H1.20600–2,7503.42예
NiZnZR6?1.60–1.651,500–1,8002.97예


4. 사용 현황

2011년 기준으로 AA 전지는 미국에서 판매된 알카라인 배터리의 약 60%를 차지했다. 같은 해 일본에서는 알카라인 배터리 판매량의 58%가 AA 전지였으며, 일본에서는 '탄산'(単三)으로 불린다.[1] 스위스에서는 AA 전지가 1차 및 2차(충전식) 배터리 판매량의 55%를 차지했다.[1]

5. 방전 테스트

아연-알칼라인 AA 배터리에서 아연 겔은 전력이 소모됨에 따라 서서히 세라믹으로 변한다. 이는 완전히 충전된 배터리는 단단한 표면에 떨어뜨렸을 때 튀어 오르지 않지만, 완전히 방전된 배터리는 튀어 오른다는 것을 의미한다. 이러한 변화는 점진적이고 비선형적으로 발생하기 때문에 튀어 오른다고 해서 배터리가 완전히 소모된 것은 아니지만, 튀어 오르지 않는다면 전력이 남아있다는 것을 의미한다. 프린스턴 대학교의 연구자들은 방전 정도 10%마다 튀어 오르는 높이를 보여주는 비디오를 제작했다.[26]

참조

[1] 간행물 Classic (LR6) datasheet from energizer.com http://data.energize[...]
[2] 웹사이트 What are UM3 Batteries? https://www.referenc[...] Ask Media Group, LLC 2015-08-04
[3] 웹사이트 Eveready D14 Hearing Aid "A" Battery https://www.hearinga[...]
[4] 웹사이트 Blaukatz Battery Encyclopaedia http://www.blaukatz.[...]
[5] 웹사이트 About Eveready® http://www.eveready.[...] 2017-03-03
[6] 간행물 IEC 60086-2:2021: Primary batteries - Part 2: Physical and electrical specifications https://webstore.iec[...] International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland
[7] 웹사이트 Energizer Alkaline AA Battery Specification http://data.energize[...] Energizer 2015-10-21
[8] 웹사이트 Energizer Lithium AA Battery Specification http://data.energize[...] Energizer 2015-10-21
[9] 웹사이트 Energizer NiMH AA Battery Specification http://data.energize[...] Energizer 2015-10-21
[10] 서적 Lithium Iron Disulfide Handbook and Application Manual Energizer Battery Manufacturing Inc.
[11] 논문 Electronic-network modelling of rechargeable NiCd cells and its application to the design of battery management systems 1999-02
[12] 웹사이트 Panasonic NI-MH Handbook- Industrial batteries https://eu.industria[...] Panasonic 2014
[13] 웹사이트 2018–2019 Panasonic Catalog https://www.panasoni[...] Panasonic Batteries
[14] 웹사이트 Test of Eneloop AA HR-3UTGB 1,900mAh (White) https://lygte-info.d[...] 2019-02-13
[15] 웹사이트 Test of Keeppower 14500 840mAh (Black) 2014 https://lygte-info.d[...] 2019-02-13
[16] 웹사이트 Test of Duracell Ultra Power AA https://lygte-info.d[...] 2019-02-13
[17] 웹사이트 Test of Panasonic Super Heavy Duty AA CAN https://lygte-info.d[...] 2019-02-13
[18] 웹사이트 Teardown of Kentli PH5 1.5 V Li-Ion AA battery https://ripitapart.c[...] 2014-12-07
[19] 웹사이트 Completed: Self-discharge test of Kentli PH5 1.5V Li-ion AA (Part 6) https://ripitapart.c[...] 2018-05-02
[20] 웹사이트 Performance analysis/review of Kentli PH5 Li-ion 1.5V AA battery https://ripitapart.c[...] 2015-06-17
[21] AV media Review & Teardown: Tenavolts AA Size 1.5V Li-ion battery https://www.youtube.[...] 2019-06-18
[22] 웹사이트 Pale Blue Earth Li-Ion AA Batteries Review https://qrper.com/ta[...] 2022-04-12
[23] 간행물 Absatzzahlen 2008 https://web.archive.[...] INOBAT 2008
[24] 웹사이트 LIFE CYCLE IMPACTS OF ALKALINE BATTERIES WITH A FOCUS ON END‐OF‐LIFE http://www.epbaeurop[...] 2016-03-03
[25] 웹사이트 BAJ Website - Monthly battery sales statistics 2011-06-13
[26] 웹사이트 It turns out there’s truth to 'dead battery bounce' after all https://theconversat[...] The Conversation 2015-04-08
[27] 문서 1.97 인치
[28] 문서 0.56 인치
[29] 웨이백 shows a copy of the page from the primary reference, IEC60086-2. Someone with access to the primary reference can replace this ref. http://people.msoe.e[...] 2010-09-18
[30] 문서 0.831 온스
[31] 웹인용 Datasheet for Duracell AA Power Pix http://www.duracell.[...] 2008-09-13


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