학문
스마트폰 배터리가 겨울철에 더 빨리 닳는 것처럼 느껴지는 이유는?
날씨가 추운 겨울철 배터리 잔량이 갑자기 줄어들거나 전원이 꺼지는 경우가 종종 있습니다. 이러한 현상은 리튬이온 이동성과 내부 저항 변화가 어떤 영향을 미치기 때문에 이런 현상이 발생하는 것인가요?
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
겨울철에 스마트폰 배터리가 갑자기 닳거나 꺼지는 현상은 리튬이온 배터리의 전기화학적 특성이 온도에 크게 영향을 받기 때문입니다.
추운 환경에서는 전해질 속에서 리튬이온이 움직이는 속도가 느려집니다. 전해질은 이온이 이동하는 통로인데, 온도가 낮아지면 점도가 높아지고 이온의 확산 속도가 떨어집니다. 그 결과, 전극과 전해질 사이에서 이온이 제때 이동하지 못해 전류 공급 능력이 줄어듭니다. 즉, 배터리가 실제로는 충분한 에너지를 가지고 있어도 순간적으로 필요한 전력을 내지 못해 전압이 급격히 떨어지고, 기기가 꺼지는 상황이 발생할 수 있습니다.
또한 저온에서는 내부 저항이 증가합니다. 내부 저항이란 배터리 내부에서 전류가 흐를 때 발생하는 저항인데, 온도가 낮아지면 전극과 전해질 계면에서 전하 전달이 원활하지 않아 저항이 커집니다. 저항이 커지면 전류가 흐를 때 전압 강하가 심해지고, 실제 남아 있는 용량보다 더 빨리 방전된 것처럼 보이게 됩니다.
이 두 가지 요인은 리튬이온 이동성 저하와 내부 저항 증가가 동시에 작용하면서 겨울철에는 배터리 잔량이 갑자기 줄거나 예상보다 빨리 꺼지는 현상이 나타나는 것입니다.
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채택된 답변안녕하세요.
겨울철에 스마트폰 배터리가 빨리 닳는 것처럼 느껴지는 현상은 리튬이온의 이동성 감소와 내부 저항 증가 때문입니다. 스마트폰에는 대부분 리튬이온 배터리가 사용되는데, 이 배터리는 양극과 음극 사이를 리튬이온이 전해질을 통해 이동하면서 전기를 만들어 내는 원리로 작동합니다. 즉, 배터리는 리튬이온이 얼마나 원활하게 이동하느냐에 따라 많은 영향을 받습니다.
이때 온도가 낮아지면 전해질 속에서 리튬이온이 움직이는 속도가 느려지는데요, 온도가 떨어지면 분자들의 운동 에너지가 감소하기 때문에 전해질 내부에서 이온이 확산되는 속도가 함께 감소하게 되는 것입니다. 그 결과 배터리 내부에서 리튬이온이 양극과 음극 사이를 이동하는 과정이 원활하지 못하게 되면서, 전자를 외부 회로로 공급하는 능력이 일시적으로 떨어지게 됩니다. 또한 온도가 낮아지면 배터리 내부의 전기화학 반응 속도도 감소하는데요, 전극 표면에서 일어나는 산화-환원 반응은 일정한 활성화 에너지를 필요로 하는데, 온도가 낮아지면 반응이 진행되는 속도가 느려지게 됩니다. 이 때문에 배터리가 전류를 공급하는 능력이 줄어들며, 스마트폰처럼 순간적으로 비교적 큰 전류를 요구하는 기기에서는 전압이 급격히 떨어지는 현상이 나타날 수 있습니다. 게다가 낮은 온도에서는 배터리의 내부 저항이 증가하는데요, 내부 저항이 커지면 같은 전류가 흐를 때 배터리 내부에서 전압 손실이 더 크게 발생합니다. 결과적으로 단말기에서 사용할 수 있는 전압이 낮아지기 때문에 배터리가 빨리 닳는 것처럼 보이는 것입니다. 감사합니다.
안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
결론부터 말씀드리면 추운 겨울에는 전자가 이동하는 배터리 내부의 전해질이 딱딱해져서 전자의 이동이 느려지기 때문입니다.
전해질의 점도가 높아지는 것인데 이때문에 전자의 이동이 방해를 받아 전자이동에 저항이 커지는 것 입니다. 그래서 배터리 충전시간도 오래걸리고 방전도 빨리되게 됩니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)