일차 전지
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1. 개요
일차 전지는 한 번 사용 후 폐기하는 전지로, 2차 전지와 비교하여 초기 비용은 저렴하지만 장기적으로는 비경제적일 수 있다. 일차 전지는 장기간 소량의 전류를 필요로 하는 기기나, 장기간 에너지 보존이 필요한 경우에 적합하며, 분극 현상으로 인해 수명이 감소할 수 있다. 일차 전지는 망간, 알칼리 망간, 산화은, 리튬 등 다양한 종류와 D형, AA형과 같은 여러 형태가 있으며, 가정용 시계나 디지털 기기 등에 사용된다. 21세기 초 이차 전지의 가격 하락과 기술 발전에 따라 시장 점유율이 감소하는 추세이며, 중국이 가장 큰 전지 시장으로 부상했다.
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2. 2차 전지와의 비교
2차 전지는 초기 비용은 더 높지만 여러 번 충전하여 사용할 수 있어 장기적으로는 더 경제적일 수 있다. 반면, 일차 전지는 초기 비용은 저렴하지만 한 번 사용하면 폐기해야 하므로, 장기간 사용 시에는 이차 전지에 비해 비경제적일 수 있다. 휴대용 전동 공구와 같이 고용량 배터리를 자주 교체해야 하는 경우에는 일차 전지 사용이 매우 비효율적이다.
2. 1. 경제성
2차 전지는 초기 구매 비용은 비싸지만 충전하여 여러 번 사용함으로써 더 경제적일 수 있다. 일차 전지는 장기간 에너지를 보존해야 하는 경우에 더 적합한데, 자연방전이 훨씬 느리게 일어나도록 제작될 수 있기 때문이다.[6][7] 연기 감지기와 같이 장기간 소량의 전류를 필요로 하는 경우, 이차 전지는 자연방전에 의한 손실이 커 비경제적이며, 수 일에서 수 주 내에 전지를 교환해야 한다. 비축전지는 전지를 구성하는 양극, 음극, 전해질과 같은 구성 원소들을 분리해서 보관하고 있다가 전지를 써야 할 때 즉시 결합하여 사용하는 방식으로, 수십 년 이상 에너지를 보존할 수 있다. 이러한 전지는 비싸지만 군수품 등에 이용될 수 있다.[8]2. 2. 자기 방전
일차 전지는 이차 전지에 비해 자연방전이 훨씬 느리게 일어나도록 제작될 수 있어 장기간 보관에 유리하다.[6][7] 연기 감지기와 같이 장기간 소량의 전류를 필요로 하는 경우, 이차 전지는 자연방전에 의한 손실이 커 비경제적이며, 수 일에서 수 주 내에 전지를 교환해야 한다. 비축전지(reserve battery)는 전지를 구성하는 양극, 음극, 전해질과 같은 구성 원소들을 분리 보관하여 사용 시점에 결합하는 방식으로, 수십 년 이상 에너지를 보존할 수 있다. 이러한 전지는 군수품과 같이 장시간 보관 후 즉시 사용해야 하는 특수 목적에 이용된다.[8]2. 3. 용도
2차 전지는 충전하여 여러 번 사용함으로써 더 경제적일 수 있지만, 1차 전지는 장기간 에너지를 보존해야 하는 경우에 더 적합하다. 1차 전지는 2차 전지에 비해 자연방전이 훨씬 느리게 일어나도록 제작될 수 있다. 장기간 소량의 전류를 필요로 하는 연기 감지기와 같은 경우 2차 전지는 비경제적이며, 전지를 자주 교환해야 한다.[6][7]비축전지는 전지를 구성하는 양극, 음극, 전해질과 같은 구성 원소들을 분리해서 보관하고 있다가 전지를 써야 할 때 즉시 결합하여 사용하는 방식으로, 수십 년 이상의 긴 시간 동안 에너지를 보존하기 위해 제작된다. 이러한 전지는 비싸지만 탄약과 같은 군수품 등에 이용될 수 있다.[8]
3. 분극 현상
일차 전지의 수명을 감소시키는 주요 요인은 사용 중 전지가 ''분극''되는 것이다. 이는 수소가 음극에 축적되어 전지의 효율을 감소시킨다는 것을 의미한다. 상업용 전지에서 분극의 영향을 줄이고 수명을 연장하기 위해 화학적 탈분극이 사용된다. 즉, 산화제를 전지에 첨가하여 수소를 물로 산화시키는 것이다. 이산화 망가니즈는 르클랑셰 전지와 아연-탄소 전지에 사용되며, 질산은 분젠 전지와 그로브 전지에 사용된다.
수소 기포의 분리를 용이하게 하기 위해 구리판 표면을 거칠게 하여 간단한 전지를 자체 탈분극화하려는 시도가 있었지만 성공적이지 못했다. 전기화학적 탈분극은 수소를 구리(예: 다니엘 전지)나 은 (예: 산화 은 전지)과 같은 금속으로 교환한다.
3. 1. 분극 방지
일차 전지의 수명을 감소시키는 주요 요인은 사용 중 전지가 ''분극''되는 것이다. 이는 수소가 음극에 축적되어 전지의 효율을 감소시킨다는 것을 의미한다. 상업용 전지에서 분극의 영향을 줄이고 수명을 연장하기 위해 화학적 탈분극이 사용된다. 즉, 산화제를 전지에 첨가하여 수소를 물로 산화시키는 것이다. 이산화 망가니즈는 르클랑셰 전지와 아연-탄소 전지에 사용되며, 질산은 분젠 전지와 그로브 전지에 사용된다.수소 기포의 분리를 용이하게 하기 위해 구리판 표면을 거칠게 하여 간단한 전지를 자체 탈분극화하려는 시도가 있었지만 성공적이지 못했다. 전기화학적 탈분극은 수소를 구리(예: 다니엘 전지)나 은 (예: 산화 은 전지)과 같은 금속으로 교환한다.
4. 용어
4. 1. 양극과 음극
전지 단자(전극)는 양의 전압 극성(건전지의 탄소 전극)을 띄는 것을 음극이라고 하며, 음의 극성(아연 건전지)을 띄는 전극을 양극이라고 한다.[9] 이는 전해 전지 또는 열전자관 진공관에서 사용되는 용어와 ''반대''이다. 양극과 음극이라는 용어가 전압이 아니라 전류의 방향에 따라 정의되기 때문이다. 양극은 전통적인 전류 (양전하)가 외부 회로에서 전지로 들어가는 단자이고, 음극은 전통적인 전류가 전지를 빠져나와 외부 회로로 흐르는 단자이다. 전지는 외부 회로를 통해 전류를 흐르게 하는 전압을 제공하는 전원이므로 음극의 전압은 양극의 전압보다 높아야 한다.전지 내부에서 양극은 화학적 산화가 일어나는 전극으로, 외부 회로로 흘러나가는 전자를 기증한다. 음극은 화학적 환원이 일어나는 전극으로, 회로에서 전자를 받는다.
전지 외부에서는 다른 용어가 사용된다. 양극은 전해질에 양전하를 기증하므로 음의 전하를 띠게 되며, 따라서 전지 외부에 "−"로 표시된 단자에 연결된다. 한편, 음극은 전해질에 음전하를 기증하므로 양전하를 띠게 되며, 따라서 전지 외부에 "+"로 표시된 단자에 연결된다.[10]
5. 종류
건전지는 다음과 같이 여러 종류로 나뉜다.
- 일반 건전지
- 망간 건전지
- 알칼리 망간 건전지
- 옥시라이드 건전지
- 니켈 건전지 (니켈 망간 건전지)
- 특수 전지
- 산화은 전지
- 수은 전지
- 공기 아연 전지
- 리튬 전지
- 해수 전지
- 열전지
5. 1. 일반 건전지
일반 건전지로는 망간 건전지, 알칼리 망간 건전지, 옥시라이드 건전지, 니켈 건전지 등이 있다.5. 2. 특수 전지
산화은 전지, 수은 전지, 공기 아연 전지, 리튬 전지, 해수 전지, 열전지 등이 특수 전지에 해당한다.6. 형태
일차 전지는 그 사용 용도에 따라 다양한 형태로 제작된다.
일반적인 일차 전지 형태로는 D형, C형, AA형, AAA형, N형, 006P형(9V), 단추형, 핀형 등이 있다.
D형, C형, AA형, AAA형, N형, 006P형 외에도 단추형, 핀형 등 다양한 특수 형태의 일차 전지가 존재한다.
6. 1. 일반적인 형태
일반적인 일차 전지 형태로는 D형, C형, AA형, AAA형, N형, 006P형(9V), 단추형, 핀형 등이 있다.6. 2. 특수 형태
D형, C형, AA형, AAA형, N형, 006P형 외에도 단추형, 핀형 등 다양한 특수 형태의 일차 전지가 존재한다.7. 적용 분야
일상생활에서 널리 사용되는 일반적인 건전지로는 망간 건전지와 알칼리 망간 건전지가 있다. 알칼리 망간 건전지는 망간 건전지에 비해 전기 용량이 크고, 용량과 가격의 비에서도 대체로 우위에 있지만, 대용량인 대신 자기 방전의 비율도 커서 사용하지 않아도 비교적 빠르게 수명이 다한다.[12] 이 때문에 단기간에 대전류를 소비하는 디지털 기기나 조명 용도 등에 적합하다.
망간 건전지는 전기 용량이 작고 대전류도 얻을 수 없지만 저렴하며, 무엇보다 방전 후 잠시 지나면 전압이 회복되는 특성을 가지므로, 시계나 가스레인지 점화용 등 소전력으로 장시간 사용하거나, 한 번 사용하면 그 후에는 별로 사용하지 않는 용도에 적합하다.[12]
7. 1. 일반 가정
일상생활에서 널리 사용되는 일반적인 건전지로는 망간 건전지와 알칼리 망간 건전지가 있다. 알칼리 망간 건전지는 망간 건전지에 비해 전기 용량이 크고, 용량과 가격의 비에서도 대체로 우위에 있지만, 대용량인 대신 자기 방전의 비율도 커서 사용하지 않아도 비교적 빠르게 수명이 다한다.[12] 이 때문에 단기간에 대전류를 소비하는 디지털 기기나 조명 용도 등에 적합하다.망간 건전지는 전기 용량이 작고 대전류도 얻을 수 없지만 저렴하며, 무엇보다 방전 후 잠시 지나면 전압이 회복되는 특성을 가지므로, 시계나 가스레인지 점화용 등 소전력으로 장시간 사용하거나, 한 번 사용하면 그 후에는 별로 사용하지 않는 용도에 적합하다.[12]
8. 사용 동향
21세기 초, 이차 전지의 가격이 하락하면서 일차 전지 시장 점유율은 감소하고 있다. 백열 전구에서 발광 다이오드로의 전환으로 인해 손전등의 전력 수요가 감소했다.[5]
남아있는 시장은 자체 브랜드 또는 무상표 버전과의 경쟁이 심화되었다. 미국의 두 주요 제조업체인 에너자이저와 듀라셀의 시장 점유율은 2012년에 37%로 감소했다. 레이오백과 함께 이 세 회사는 소비자들을 아연-탄소 전지에서 더 비싸고 오래 지속되는 알칼리 전지로 이동시키려 노력하고 있다.[5]
서방 전지 제조업체들은 생산을 해외로 이전했으며 더 이상 미국에서 아연-탄소 전지를 생산하지 않는다.[5]
중국은 가장 큰 전지 시장이 되었으며, 수요가 다른 어느 곳보다 빠르게 증가할 것으로 예상되며, 알칼리 전지로 전환되었다. 다른 개발도상국에서는 일회용 전지가 저렴한 태엽, 풍력 및 충전식 장치와 경쟁해야 한다.[5]
8. 1. 시장 변화
21세기 초, 일차 전지는 이차 전지의 상대적 비용이 감소함에 따라 시장 점유율을 잃기 시작했다. 백열 전구에서 발광 다이오드로의 전환으로 인해 손전등의 전력 수요가 감소했다.[5]미국의 주요 제조업체인 에너자이저(Energizer)와 듀라셀(Duracell)은 소비자들을 아연-탄소 전지에서 더 비싸고 오래 지속되는 알칼리 전지로 이동시키려 노력하고 있다.[5]
서방 전지 제조업체들은 생산을 해외로 이전했다.[5]
중국은 가장 큰 전지 시장이 되었으며, 알칼리 전지로 전환되었다. 다른 개발도상국에서는 일회용 전지가 저렴한 충전식 장치와 경쟁해야 한다.[5]
8. 2. 신흥 시장
21세기 초, 일차 전지는 이차 전지의 상대적 비용이 감소함에 따라 시장 점유율을 잃기 시작했다. 백열 전구에서 발광 다이오드로의 전환으로 인해 손전등의 전력 수요가 감소했다.[5]남아있는 시장은 자체 브랜드 또는 무상표 버전과의 경쟁이 심화되었다. 미국의 두 주요 제조업체인 에너자이저(Energizer)와 듀라셀(Duracell)의 시장 점유율은 2012년에 37%로 감소했다. 레이오백(Rayovac)과 함께 이 세 회사는 소비자들을 아연-탄소 전지에서 더 비싸고 오래 지속되는 알칼리 전지로 이동시키려 노력하고 있다.[5]
서방 전지 제조업체들은 생산을 해외로 이전했으며 더 이상 미국에서 아연-탄소 전지를 생산하지 않는다.[5]
중국은 가장 큰 전지 시장이 되었으며, 수요가 다른 어느 곳보다 빠르게 증가할 것으로 예상되며, 알칼리 전지로 전환되었다.[5] 다른 개발도상국에서는 일회용 전지가 저렴한 태엽, 풍력 및 충전식 장치와 경쟁해야 한다.[5]
9. 한국의 폐전지 정책
9. 1. 분리 배출
9. 2. 재활용
참조
[1]
서적
Understanding Environmental Pollution: A Primer
https://archive.org/[...]
Cambridge University Press
2004
[2]
서적
Gcse Edexcel Science
https://books.google[...]
Letts and Lonsdale
2006
[3]
서적
The Green Office Manual: A Guide to Responsible Practice
https://books.google[...]
Routledge
2013
[4]
서적
Building the Green Economy: Success Stories from the Grassroots
https://books.google[...]
Routledge
2016
[5]
뉴스
Batteries: Out of juice
https://www.economis[...]
2014-01-18
[6]
웹사이트
Eneloop AA 4-Pack
http://www.panasonic[...]
[7]
웹사이트
Eneloop Self Discharge study
http://www.candlepow[...]
2007-01-22
[8]
웹사이트
Discharge tests of Alkaline AA batteries
https://www.powerstr[...]
[9]
웹사이트
How to Define Anode and Cathode
http://www.av8n.com/[...]
Denker personal website
2004
[10]
서적
Electrochemical systems
Wiley-IEEE
2004
[11]
문서
Practical Electricity
Cassell and Company, London
1911
[12]
문서
新しい電池の科学
講談社
2006-09-20
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