건전지를 오래 사용하면 내부 화학 물질의 반응이 진행됨에 따라 전자를 내놓는 화학 에너지가 고갈되어 전압이 떨어진다고 합니다. 그 원리를 설명해 주세요.

Question

건전지를 오래 사용하면 내부 화학 물질의 반응이 진행됨에 따라 전자를 내놓는 화학 에너지가 고갈되어 전압이 떨어진다고 합니다. 그 원리를 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

건전지 내부에서는 산화-환원 반응을 일으키는 물질이 점점 소모되고 반응 부산물이 쌓임에 따라 전극 간 화학적 전위차가 줄어들고 내부 저항이 증가하면서 전압이 떨어지게 됩니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.

건전지 내부에서는 음극(-)의 아연이 전자를 내놓으며 산화 반응이 일어나고, 양극(+)의 이산화망간 등이 전자를 받으며 환원 반응이 일어나 전기를 만듭니다. 방전이 진행될수록 전자를 공급할 수 있는 반응물은 줄어들고 생성물이 쌓이게 되어 화학 물질의 농도 변화에 따라 전극 사이의 화학적 에너지 차이인 기전력이 점차 줄어듭니다.

전류가 계속 흐르면 전극 표면에 수소 기체나 비전도성 결합물 등의 부산물이 쌓이므로서 일종의 방해막 역할을 하여 전자가 이동하는 것을 막고 반응 속도를 떨어뜨려 전압을 순간적으로 크게 하락시킵니다.

결과적으로 반응물 소모로 기전력은 낮아지고 내부 저항은 높아지기 때문에, 전자기기를 작동시킬 수 있는 실효 전압이 떨어져 건전지의 수명이 다하게 됩니다.