레몬, 감자나 오렌지로 바데리를 만드는 방법은 어떻게 하난요?

Question

레몬, 감자, 오렌지 등으로 베터리를 만들 수 있다고 들었습니다. 그런데, 어떻게 만드는 것인지, 그리고 어떤 화학적 변화가 일어나 바테리가 만들어지는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

레몬, 감자, 오렌지 같은 식재료로 배터리를 만드는 원리는 사실 간단한 전기화학 반응에 기반합니다.

우선, 과일이나 채소 속에는 산성이나 염성 성분이 들어 있어 전해질 역할을 합니다. 여기에 서로 다른 금속, 보통 아연과 구리를 꽂으면 전지가 만들어집니다. 아연은 산화되면서 전자를 잃고 아연 이온으로 변합니다. 이때 방출된 전자는 외부 회로를 따라 이동하여 구리 전극으로 전달됩니다. 구리 전극에서는 이 전자를 받아 환원 반응이 일어나고, 전해질 속 이온들이 이동하면서 회로가 완성됩니다.

즉, 아연 전극에서는 산화 반응이, 구리 전극에서는 환원 반응이 일어나며, 이 과정에서 화학 에너지가 전기 에너지로 변환됩니다. 레몬이나 오렌지처럼 산도가 높은 과일은 구연산이 풍부해 전해질로서 효과적이고, 감자는 산성은 약하지만 내부에 인산염과 전분 속 이온이 있어 전류를 오래 유지할 수 있습니다.

이렇게 만들어진 한 개의 전지는 보통 0.7~0.9V 정도의 전압을 내는데, LED를 켜려면 여러 개를 직렬로 연결해야 합니다. 다만 출력 전류가 매우 약하기 때문에 휴대폰 충전이나 큰 기기를 구동하는 데는 사용할 수 없고, 교육용 실험이나 과학 원리를 체험하는 데 적합합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

저도 해본적은 없지만 어릴적 책으로만 보고 이론으로만 아는 내용이지만 요즘 유튜브를 보니 다양한 제작영상과 활용방법들이 잘 나와있어서 기분이 묘했습니다.

산화와 환원 반응을 통해 레몬을 배터리 처럼 사용할 수 있습니다.

배터리의 구성요소는 양극, 음극, 전해질, 분리막 입니다.

그래서 레몬과 같은 과일 뿐 아니라 양극, 음극으로 사용할 금속도 필요합니다.

레몬의 즙이 전해질로써 전자가 모여있는 곳이며 음극으로 사용할 아연과 양극으로 사용할 구리가 필요합니다.

못 형태면 가장 좋습니다. 레몬의 양쪽에 아연과 구리못을 꽂은 상태로 전선을 이어 전구에 연결을 하면 전구의 불이 밝아지는 것을 확인 하실 수 있습니다.

레몬즙이 전해질처럼 활용하는데 내부에 이온이 들어있습니다. 두가지 금속은 하나는 전재를 받으려는 성직이 있고 하나는 내어놓으려는 성질이 있는데 이 산화환원 반응을 활용하여 전자를 전구로 보낸 것 입니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)

Answer 3

안녕하세요.

레몬, 감자, 오렌지 같은 식물을 이용해 배터리를 만드는 방법은 두 금속 사이에서 일어나는 전기화학 반응을 이용하는 것인데요, 이런 장치는 간단한 갈바니 전지라고 볼 수 있으며, 핵심 작용 원리는 산화–환원 반응입니다.

우선 배터리를 만들기 위해서는 보통 서로 다른 두 금속 전극이 필요한데요, 예를 들어 아연과 구리 같은 금속을 사용합니다. 레몬이나 감자, 오렌지는 내부에 산성 또는 이온이 들어 있는 수분이 있기 때문에 전류가 흐를 수 있는 전해질 역할을 하는데요, 즉 과일 자체가 전기를 만드는 것이 아니라 전극 사이에서 전자가 이동할 수 있는 환경을 제공하는 것입니다.

만드는 방법은 레몬이나 감자, 오렌지에 아연판이나 아연 도금된 못을 하나 꽂은 후에 그 옆에 구리판 또는 구리 동전을 꽂습니다. 이때 두 금속을 전선으로 연결하면 작은 전압이 발생하는데요, 이 과정에서 전지가 작동하는 이유는 금속에서 일어나는 산화-환원 반응 때문입니다. 아연 전극에서는 아연이 전자를 잃고 이온이 되면서 전자가 밖으로 나오게 되며, 이 전자가 전선을 따라 이동하여 구리 전극으로 흐르게 됩니다. 전자가 이동하면 전류가 흐르는 것입니다. 반대로 구리 전극 쪽에서는 전해질 속의 수소 이온이 전자를 받아 환원 반응이 일어납니다. 즉 전자를 받은 수소 이온이 수소 기체로 변하는데요 이처럼 한쪽에서는 산화, 다른 쪽에서는 환원이 일어나면서 전자가 이동하고 전류가 발생합니다.

다만 레몬이나 감자 전지는 전압이 매우 작은데요 보통 한 개로는 약 0.8~1볼트 정도밖에 나오지 않습니다. 또한 레몬, 감자, 오렌지 중에서는 레몬이 가장 전압이 잘 나오는 경우가 많은데요, 레몬에는 구연산이 많이 들어 있어서 전해질 역할을 더 잘하기 때문입니다. 감사합니다.