기억 효과

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요

기억 효과는 니켈-카드뮴 전지에서 발생하며, 배터리가 완전히 충전되지 않거나, 방전이 균일하지 않거나, 셀당 1.0V 미만으로 방전될 때 나타난다. 이 현상은 배터리의 용량이 줄어드는 것처럼 보이게 하지만, 실제로는 다른 요인에 의해 발생하는 경우가 많다. 고온, 과방전, 배터리의 노화 등이 용량 감소의 원인이 될 수 있다. 최근에는 니켈 수소 배터리나 리튬 이온 배터리 등 메모리 효과가 적거나 없는 배터리가 개발되어 사용되고 있으며, 리프레시를 통해 메모리 효과를 일부 회복시킬 수 있다. 과거 대한민국에서는 미니 사구 붐과 함께 이 현상이 언급되기도 했다.

더 읽어볼만한 페이지

충전 - 충전기
충전기는 배터리에 전기 에너지를 공급하는 장치로, C-rate에 따라 충전 속도가 결정되며, 스마트 충전기, 태양광 충전기, USB 충전기 등 다양한 종류가 있고, 휴대 전화, 전기 자동차 등 여러 분야에 응용된다.
충전 - 시스템 관리 버스
시스템 관리 버스(SMBus)는 I²C 버스를 기반으로 임베디드 시스템에서 저속 통신에 사용되는 직렬 컴퓨터 버스로, 전력 및 배터리 관리, 온도 센서 등 시스템 모니터링과 제어에 유용하게 사용되지만 최근 I3C로 대체되는 추세가 있다.
이차 전지 - 니켈-수소전지
니켈-수소 전지는 1970년대에 개발되어 니켈 전극과 연료 전지 음극을 결합하여 작동하며, 우수한 비에너지와 긴 수명을 가지지만 자기 방전율이 높고 부피 효율이 낮다는 특징을 가진 충전식 전지이다.
이차 전지 - 리튬 이온 전지
리튬 이온 전지는 리튬 이온을 이동시켜 작동하는 이차 전지로, 높은 에너지 밀도와 긴 수명 등의 장점으로 휴대용 전자기기, 전기 자동차 등 다양한 분야에 사용되지만, 화재 위험과 환경 및 인권 문제라는 과제도 안고 있다.
전지 - 연료전지
연료전지는 수소, 탄화수소 등의 연료와 산화제를 사용하여 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 고효율 발전 장치로, 다양한 종류가 있으며 여러 분야에 응용되지만 상용화를 위한 과제가 남아있다.
전지 - 화학 전지
화학 전지는 자발적인 산화-환원 반응을 통해 전기를 생성하는 장치이며, 1차 전지, 2차 전지, 갈바니 전지, 전해 전지, 연료 전지 등으로 분류된다.

기억 효과
개요
이름	메모리 효과 (memory effect)
다른 이름	배터리 효과 (battery effect), 게으른 배터리 효과 (lazy battery effect), 배터리 메모리 (battery memory)
현상	충전식 배터리가 완전히 방전되기 전에 반복적으로 충전될 때 발생하는 용량 손실 현상이다.
설명	배터리가 이전 충전 주기의 더 높은 전압을 "기억"하여 이후 사용 시 전체 용량이 감소하는 것처럼 보이는 현상이다.
원인
니켈-카드뮴 (Ni-Cd) 배터리	결정 크기의 증가
니켈-수소 (Ni-MH) 배터리	전해액의 조성 변화
영향
최대 용량 감소	배터리의 사용 가능한 최대 용량이 감소한다.
전압 강하	배터리의 작동 전압이 떨어진다.
수명 단축	배터리의 전체 수명이 단축될 수 있다.
해결 및 예방
완전 방전	주기적으로 배터리를 완전히 방전시킨 후 재충전한다.
적절한 충전	권장 충전 프로토콜을 따른다.
배터리 관리 시스템 (BMS)	배터리의 충전 및 방전 주기를 최적화한다.
적용 가능 배터리 종류
해당 배터리	니켈-카드뮴 (Ni-Cd) 배터리, 니켈-수소 (Ni-MH) 배터리 (일부)
해당하지 않는 배터리	리튬 이온 (Li-ion) 배터리, 납 축전지
추가 정보
오해	리튬 이온 배터리는 메모리 효과가 거의 없다.
참고 문헌	Bergveld, H.J., Kruijt, W.S., & Notten, Peter H. L. (2002). Battery Management Systems: Design by Modelling. Springer. pp. 38–. Duracell. Voltage Depression ("Memory Effect"). Linden, D., & Reddy, T. B. (2002). Handbook Of Batteries (3rd ed.). McGraw-Hill. p. 28-18.

2. 진정한 메모리 효과

"기억"이라는 용어는 항공우주용 니켈-카드뮴 배터리에서 유래되었는데, 이 배터리는 컴퓨터 제어를 통해 반복적으로 사용 가능한 용량의 25%까지 방전(1% 내외)된 후 과충전 없이 100% 용량으로 재충전되었다.^[4] 이러한 장기간의 반복적인 충전 사이클 방식은 과충전에 대한 조항 없이 25% 방전 지점 이상에서 용량 손실을 초래했다. 진정한 기억 효과는 다음 조건 중 하나 이상이 충족될 경우 존재할 수 없다.

배터리가 완전히 과충전된다.
방전이 각 사이클마다 정확히 동일하지 않다(3% 이내).
셀당 1.0V 미만으로 방전된다.^[4]

일시적인 전압 강하로 인해 기전력이 저하되더라도, 방전을 계속하면 총 용량은 거의 감소하지 않는다. 그러나 단순히 높은 기전력을 요구하는 기기나, 기전력으로 잔량을 예측하여 작동을 멈추는 기기, 이차 전지의 '종료 직전까지 전압을 유지하는 특성'에 의존하는 기기에서는 영향이 크다. 그 외의 기기에서는 메모리 효과를 고려할 필요가 없다.

기기가 필요로 하는 전압을 조기에 밑도는 경우(기기가 정지하는 경우), 배터리의 용량이 감소한 것처럼 보일 수 있다. "용량이 줄어든다", "배터리 수명이 짧아진다"라고 말하는 경우도 있지만, 이는 메모리 효과에 대한 정확한 설명이 아니다.

2. 1. 소결(燒結) 니켈-카드뮴 전지의 특성

진정한 기억 효과는 소결 니켈-카드뮴 전지에 특유하며, 특히 낮은 암페어-시(ampere-hour) 전지에서는 재현하기가 매우 어렵다. 이 효과를 유도하기 위해 설계된 한 특정 테스트 프로그램에서는 700회 이상의 정밀 제어된 충전/방전 사이클 후에도 기억 효과가 발견되지 않았다. 이 프로그램에서는 나선형으로 감긴 1암페어-시 전지가 사용되었다. 후속 프로그램에서는 20암페어-시 항공우주형 전지를 사용하여 유사한 테스트를 진행하였고, 수백 사이클 후에 기억 효과가 관찰되었다.^[5]

3. 메모리 효과로 오인되는 문제들

최근에는 낮은 전압에서도 동작할 수 있도록 기기를 설계하여, 초기에 니켈-카드뮴 전지에서 발생했던 기억 효과는 거의 나타나지 않는다. 따라서 일반적인 사용 환경에서는 기억 효과를 고려할 필요가 없다. 휴대전화나 캠코더에 사용되는 리튬 이온 이차 전지에는 이러한 기억 효과가 존재하지 않는다.

하지만 소결판 니켈-카드뮴 전지 외에도 실제 기억 효과가 아닌 다른 현상들이 발생할 수 있다. 특히, 일반적으로 기억 효과가 없다고 알려진 리튬 기반 전지에서도 전압 수준을 조절하여 배터리 제어 시스템에서 용량이 감소한 것처럼 인식될 수 있다.^[6]

3. 1. 일시적인 영향

일시적인 전압 강하로 인해 기전력이 저하되더라도, 방전을 계속하면 총 용량은 거의 감소하지 않는다. 그러나 단순히 높은 기전력을 요구하는 기기나, 기전력으로 잔량을 예측하여 작동을 멈추는 기기, 이차 전지의 '종료 직전까지 전압을 유지하는 특성'에 의존하는 기기에서는 영향이 크다.^[4]

기기가 필요로 하는 전압을 조기에 밑도는 경우, 배터리의 용량이 감소한 것처럼 보여 "용량이 줄어든다", "배터리 수명이 짧아진다"라고 말하기도 하지만, 이는 메모리 효과에 대한 정확한 설명이 아니다.^[4]

3. 1. 1. 고온

고온은 전압을 감소시키고 셀이 받아들이는 전하량을 줄일 수 있다.^[4] 일시적인 전압 강하로 인해 기전력이 저하되더라도, 방전을 계속하면 총 용량은 거의 감소하지 않는다. 그러나 단순히 높은 기전력을 요구하는 기기나, 기전력으로 잔량을 예측하여 작동을 멈추는 기기, 이차 전지의 '종료 직전까지 전압을 유지하는 특성'에 의존하는 기기에서는 영향이 크다.

기기가 필요로 하는 전압을 조기에 밑도는 경우, 배터리의 용량이 감소한 것처럼 보이기 때문에 "용량이 줄어든다", "배터리 수명이 짧아진다"라고 말하는 경우도 있지만, 이는 메모리 효과에 대한 정확한 설명이 아니다.

3. 1. 2. 기타 원인

기억 효과(Memory effect^영어)의 기타 원인으로는 0°C 이하에서의 작동, 그러한 사용을 위해 특별히 설계되지 않은 배터리에서 높은 방전율(5C 초과), 부적절한 충전 시간, 결함 있는 충전기 등이 있다.^[4]

3. 2. 영구적인 용량 손실

일시적인 전압 강하는 기기의 작동에 영향을 줄 수 있지만, 배터리의 총 용량 자체를 감소시키는 것은 아니다. 그러나 이차 전지의 특성에 의존하는 특정 기기에서는 이러한 현상이 배터리 용량 감소처럼 보일 수 있다.

과방전, 배터리 노화 등은 영구적인 용량 손실을 초래할 수 있다.^[1]

3. 2. 1. 과방전

반복적인 과방전은 배터리, 특히 가장 약한 셀에 손상을 입혀 용량 손실을 초래할 수 있다.^[1] 배터리는 여러 개의 유사하지만 동일하지 않은 셀로 구성되며, 각 셀은 자체적인 충전 용량을 가지고 있다.^[1] 배터리 전체가 과방전되면 용량이 가장 작은 셀이 0 전하에 도달하여 다른 셀이 계속해서 전류를 통과시키면서 "역 충전"될 수 있다.^[1] 그 결과 용량 손실은 종종 기억 효과에 기인한다.^[1]

배터리 사용자는 배터리 팩을 완전히 방전시켜 기억 효과를 피하려고 할 수 있으나,^[1] 이 방법은 셀 중 하나가 과방전되기 때문에 더 많은 손상을 일으킬 수 있다.^[1] 손상은 가장 약한 셀에 집중되어, 완전 방전을 반복할수록 해당 셀에 점점 더 많은 손상이 발생한다.^[1]

3. 2. 2. 노화 및 사용

모든 충전지는 유한한 수명을 가지며, 사용 여부에 관계없이 배터리 내부의 2차 화학 반응으로 인해 노화되면서 서서히 저장 용량을 잃게 된다. 일부 셀은 다른 셀보다 빨리 고장날 수 있지만, 그 결과는 배터리의 전압을 감소시키는 것이다. 리튬 기반 배터리는 모든 구조 중에서 가장 긴 대기 수명 중 하나를 가지고 있다. 불행히도 작동 사이클 수는 약 400~1200회의 완전 충전/방전 사이클로 여전히 상당히 낮다.^[8] 리튬 배터리의 수명은 사용 여부에 관계없이 고온 및 충전 상태(SoC)에서 감소한다. 사용하지 않을 때(보관 시) 리튬 셀의 최대 수명은 30%~50% SoC로 충전하여 냉장(냉동하지 않음)함으로써 달성된다. 과방전을 방지하기 위해 배터리는 실온으로 가져와 6개월마다 또는 1년에 한 번씩 50% SoC로 재충전해야 한다.^[9]^[10]

4. 대책

최근 기기들은 저전압에서도 작동할 수 있도록 설계되어 초기의 니켈카드뮴에서 발생하던 기억 효과의 영향을 줄이고 있다. 휴대전화와 캠코더에 쓰이는 리튬이온 이차 전지 등에서는 이러한 기억 효과가 존재하지 않는다.

4. 1. 기기 측면의 대책

최근 기기들은 저전압에서도 작동할 수 있도록 설계되어 메모리 효과의 영향을 줄이고 있다.^[1] 휴대전화와 캠코더에 쓰이는 리튬이온 이차 전지 등에서는 이러한 기억 효과는 존재하지 않는다.^[1] 디지털 카메라와 같이 고전압을 요구하는 기기는, 전용 리튬 이온 배터리 팩을 제공하는 추세이다.^[1]

4. 2. 배터리 기술 발전

니켈 수소 축전지는 니켈 카드뮴 축전지에 비해 기억 효과가 작다는 장점이 있었다. 2005년 11월 산요전기에서 개발한 eneloop은 기존 니켈 수소 전지보다 전압을 높여 기억 효과를 더욱 줄였다.^[13]

파나소닉은 eneloop와 EVOLTA의 메모리 효과가 매우 작아 일반적인 사용에는 영향이 없다고 설명한다.^[13] eneloop는 "기존형 니켈 수소 전지보다 전압을 높여 메모리 효과를 회피했다"는 기술적 배경을 명시하고 있으나, 충전식 EVOLTA는 "니켈 카드뮴 축전지보다 메모리 효과에 강하다"라고만 기재되어 있다.

5. 메모리 효과가 작은 배터리

휴대전화와 캠코더에 쓰이는 리튬이온 이차 전지에는 기억 효과가 존재하지 않는다. 일시적인 전압 강하로 인해 기전력이 저하되더라도, 방전을 계속하면 총 용량은 거의 감소하지 않는다. 그러나 높은 기전력을 요구하거나, 기전력으로 잔량을 예측하여 작동을 멈추거나, 이차 전지의 '종료 직전까지 전압을 유지하는 특성'에 의존하는 기기에서는 영향이 크다.

기기가 필요로 하는 전압을 조기에 밑돌아 기기가 정지되는 경우, 배터리의 용량이 감소한 것처럼 보여 "용량이 줄어든다", "배터리 수명이 짧아진다"라고 말하기도 하지만, 이는 메모리 효과에 대한 정확한 설명이 아니다.

5. 1. 리튬 이온 배터리

Memory effect^영어의 영향은 거의 없다.^[1] 도요타 중앙 연구소와 해외 연구 기관의 논문에 따르면, 인산철리튬(LiFePO4)에서 Memory effect^영어 발생이 보고되었다.^[1]

5. 2. 납축전지

납축전지에서는 메모리 효과가 전혀 발생하지 않는다.

6. 리프레시

2차 전지를 완전히 방전시킨 후 충전하는 것을 '''리프레시(리프레시 충전)'''라고 부른다.^[12] 메모리 효과는 리프레시를 통해 대체로 회복된다.^[12]

6. 1. 주의 사항

리프레시를 할 때는 장난감이나 콩알 전구와 같이 보호 회로가 없는 기기를 사용하면 과방전의 위험이 있으므로 주의해야 한다.^[12] 과방전은 배터리에 회복되지 않는 손상을 줄 수 있다.^[12]

7. 대한민국에서의 메모리 효과

과거 레이서 미니 사구 붐 당시에는 쇼가쿠칸의 학년별 학습 잡지에서도 다루어졌기 때문에, 미니 사구 소년들은 가벼운 부하의 모터나 콩알 전구를 연결하여 방전시키곤 했다. 이후 풀 카울 미니 사구 붐이 일어났을 때는 타미야에서 방전기까지 발매되었다.

참조

_[1] 서적 Battery Management Systems: Design by Modelling https://books.google[...] Springer 2013-06-05
_[2] 웹사이트 Voltage Depression ("Memory Effect") http://www.duracell.[...] Procter & Gamble 2015-09-15
_[3] 서적 Handbook Of Batteries https://archive.org/[...] McGraw-Hill 2002
_[4] 기타 Repair FAQ, quoting GE tech note http://www.repairfaq[...] 1998
_[5] 웹사이트 Sci.Electronics FAQ: More Battery Info http://www.repairfaq[...]
_[6] 웹사이트 Memory effect now also found in lithium-ion batteries https://phys.org/new[...] Paul Scherrer Institute 2021-04-10
_[7] 웹사이트 Batteries as sources of electrical power http://www2.eng.cam.[...]
_[8] 기타 Battery Types and Characteristics for HEV https://web.archive.[...] ThermoAnalytics, Inc. 2007
_[9] 웹사이트 Lithium-Ion Battery Maintenance ZZZ Guidelines http://www.newark.co[...] Tektronix, Inc. 2013-12-16
_[10] 웹사이트 Lithium-Ion & Lithium Polymer Cells and Batteries Safety Precautions like http://ultralifecorp[...] Ultralife corporation 2013-12-16
_[11] 서적 Battery Management Systems: Design by Modelling https://books.google[...] Springer 2016-04-28
_[12] 웹사이트 充電式電池のメモリー効果とは？（メモリー現象とは？） PZ18111 https://jpn.faq.pana[...] パナソニック 2021-03-21
_[13] 웹사이트 つぎ足し充電は可能ですか? PZ18112 https://jpn.faq.pana[...] パナソニック 2021-03-21

본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com