이론상 27년 사용가능하다는 리튬 배터리가 3년만 지나면 수명이 다하는 이유?
어디서 보기로 리튬 배터리가 이론상 27년 사용이 가능하다는데요,
이게 정말이라면 우리가 스맛폰 쓸 떄 배터리가 이렇게 문제가 될리가 없는데
이론과 달리 실제로는사용하는데 1년만 지나도 문제가 생기는 이유가 뭘까요?
안녕하세요.
질문해주신 것과 같이 이론적으로는 수십 년 이상 사용할 수 있다고 하지만, 현실에서는 2~3년 만에도 성능이 급격히 저하되는 이유는 이론 모델이 배터리를 완벽한 조건에서 가정하기 때문이고 실제 사용 환경에서는 다양한 화학적,물리적 요인들이 배터리 열화를 가속시키기 때문입니다.
이론적인 27년은 배터리의 충전-방전 사이클을 매우 완만하고 안정적으로 반복했을 때 계산된 수명인데요 예를 들어 온도 변화가 거의 없고, 충전은 5050% 범위로만 이루어지고, 과전압·과방전이 전혀 없으며, 내부 화학 반응이 완전히 균일하게 유지된다는 실험실 조건에서 가능한 수명입니다. 즉, 이론상 27년은 전해질의 화학적 안정성과 전극의 반응 효율만을 기준으로 계산한 수명이지, 실제 환경에서의 기계적 스트레스나 열화 반응을 고려한 값은 아닙니다.
실제로 수명이 짧아지는 주요 원인 충·방전 과정의 화학적 손상 때문인데요, 리튬이온 배터리는 음극 표면에 ‘고체 전해질 계면층(SEI)’이라는 보호막이 형성되는데, 시간이 지나면서 이 층이 계속 두꺼워집니다. 이로 인해 전자의 이동이 방해받고, 전해질이 점차 소모되어 충전 용량이 줄어듭니다. 또한 과충전과 과방전 때문인데요 완전 충전(100%)이나 완전 방전(0%)을 자주 반복하면 전극의 결정 구조가 붕괴됩니다. 특히 양극의 리튬 금속 산화물이 산소를 방출하며 구조가 무너지는 산소 방출 반응이 발생해 회복 불가능한 손상이 쌓이는 것입니다. 감사합니다.
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