리튬이온 배터리 원리: 충전하면 이온은 어디로 갈까

모형이 보여 주는 것

리튬이온 배터리의 원리는 리튬 이온이 두 전극 사이를 오가는 것입니다. 충전하면 리튬 이온이 양극의 금속 산화물을 떠나 전해질을 건너 흑연 층 사이로 들어가고, 전자는 분리막이 아니라 바깥 도선으로 돕니다. 방전하면 이온 흐름이 거꾸로 바뀌며 연결한 기기에 에너지를 줍니다.

노트북 배터리 팩이나 전동 공구 배터리, 예전 전기차의 배터리를 열어 보면 똑같이 생긴 금속 원통이 줄지어 들어 있는 경우가 많습니다. 하나하나가 18650 셀이고, 이름은 크기에서 왔습니다. 지름 18 mm, 높이 65 mm입니다. 무게는 50 g이 채 안 되는데도 밝은 손전등을 몇 시간이나 켜 둘 수 있습니다. 이 전시는 그 셀 하나를 열고, 안에서 움직이는 리튬을 따라갑니다.

왼쪽에는 캔의 4분의 1을 잘라 낸 셀이 서 있습니다. 강철 캔 아래로 얇은 층을 겹친 긴 띠가 롤케이크처럼 단단히 말려 있는 것이 보입니다. 오른쪽은 그 띠의 아주 작은 조각을 원자 크기로 그린 것입니다. 알루미늄 박, 층상 금속 산화물로 된 양극, 액체 전해질에 젖은 구멍 뚫린 분리막, 흑연으로 된 음극, 구리 박이 차례로 놓여 있습니다. 위쪽 전선은 충전기나 전구를 거쳐 두 박을 잇습니다. 앞쪽에는 무대의 탭으로 고르는 충전기에 꽂힌 휴대폰, 급속 충전기 앞의 전기차, 같은 셀로 만든 작은 팩이 놓입니다.

충전, 방전, 쉼 단추는 초록색 리튬 공이 어느 쪽으로 갈지 정합니다. 충전 상태 슬라이더로는 공을 손으로 옮길 수 있습니다. 계기판에는 셀 전압, 셀에 남은 전하와 에너지, 그리고 충전 상태에 따른 전압 곡선이 나오고, 빨간 점이 지금 위치를 가리킵니다. 직렬·병렬 슬라이더는 팩을 다시 짜고, 온도 슬라이더는 셀이 열폭주에 이르는 단계를 하나씩 보여 줍니다.

셀의 수치는 흔히 쓰이는 18650 셀인 파나소닉 NCR18650B 데이터시트에서 가져왔습니다. 정격 용량 3,200 mAh, 공칭 전압 3.6 V, 충전 전압 4.2 V입니다. 비었을 때와 찼을 때 사이의 전압 곡선 모양은 모형 값이고, 그 점이 중요한 곳마다 따로 밝혔습니다.

왜 리튬이고, 왜 전극이 두 개일까

전지는 두 물질 사이의 화학적 차이로 에너지를 저장합니다. 두 물질을 전선으로 이으면, 전자를 느슨하게 붙잡고 있는 쪽에서 전자를 더 원하는 쪽으로 전자가 흘러갑니다. 리튬은 가장 가벼운 금속이면서 바깥 전자를 아주 쉽게 내놓습니다. 1970년대 화학자들이 가볍고 전압이 높은 전지를 만들려 할 때 리튬에 눈을 돌린 까닭입니다.

그런데 순수한 리튬 금속은 다루기가 어렵습니다. 물과 격렬하게 반응하고, 리튬 금속 전극을 다시 충전하면 가는 리튬 수염이 자라납니다. 이 수염이 반대쪽 전극에 닿으면 전지 안에서 합선이 일어납니다. 리튬이온 전지는 리튬을 금속 상태로 쓰지 않는 방법으로 이 문제를 피합니다. 리튬은 늘 이온으로 남아 있고, 언제나 다른 물질 안에 들어가 있습니다. 셀이 비었을 때는 양극에, 찼을 때는 음극에 있습니다. 이렇게 손님 원자를 결정의 층 사이에 넣어 두는 것을 삽입(인터칼레이션)이라고 부릅니다.

결국 리튬이온 셀은 리튬을 받아 줄 집 두 채와 그 사이를 채운 액체입니다. 충전하면 리튬이 산화물 집에서 흑연 집으로 옮겨 가는데, 흑연 쪽에 있을 때 에너지가 훨씬 높습니다. 방전하면 리튬이 다시 내려옵니다. 셀 전압은 그 낙차가 얼마나 큰지를 나타냅니다.

리튬은 어디에 머물까

모형의 양극은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂) 같은 층상 산화물입니다. 코발트 원자(파랑)가 평평한 판을 이루고, 그 판을 산소 원자(빨강) 판 두 장이 위아래로 감쌉니다. 이런 샌드위치 사이의 틈이 리튬 자리입니다. 리튬이 있든 없든 판들은 서로 붙어 있으므로, 리튬이 틈에서 빠져나갔다 다시 들어와도 결정이 무너지지 않습니다. 요즘 많이 쓰는 NMC나 NCA 양극도 같은 층 구조에 니켈, 망가니즈, 코발트, 알루미늄을 섞어 넣은 것입니다.

음극은 흑연입니다. 탄소 원자가 육각형으로 이어진 평평한 판이 여러 겹 쌓여 있고, 리튬은 판과 판 사이로 미끄러져 들어갑니다. 모형에서 산화물에는 리튬 자리가 40개, 흑연에는 42개 있고, 초록색 공 40개가 두 전극을 오갑니다.

전극은 아주 작은 입자로 만든 반죽을 금속 박에 바른 것입니다. 양극은 알루미늄 박에, 음극은 구리 박에 발라져 있습니다. 박은 화학 반응에 끼어들지 않고 전자를 모아 단자로 보냅니다. 왼쪽 셀에서 알루미늄 박은 탭으로 양극 단자인 윗마개에 이어지고, 구리 박은 음극 단자인 캔 바닥에 이어집니다.

충전과 방전을 차례대로

충전 단추를 눌러 보세요. 충전기가 알루미늄 박을 통해 양극에서 전자를 빼내 전선으로 흑연에 밀어 넣습니다. 흑연에는 음전하가 늘고 산화물에서는 줄었으니, 양전하를 띤 리튬 이온이 산화물을 떠나 전해질을 건너고 분리막 구멍을 지나 탄소 판 사이로 들어갑니다. 전선 속 파란 전자와 셀 안의 초록 이온은 둘 다 왼쪽에서 오른쪽으로 가지만, 다니는 길이 다릅니다.

방전을 누르면 충전기 자리에 전구가 들어옵니다. 흑연 속 리튬은 에너지가 높은 곳에 있으니 이번에는 내리막입니다. 전자는 흑연을 떠나 전구를 밝히고 양극에 닿고, 이온은 전해질을 거쳐 산화물로 돌아갑니다. 액체 속을 지나는 이온에는 옅은 초록 테두리가 둘러져 있어서, 이동 중인 이온을 바로 알아볼 수 있습니다.

길이 둘이라는 데 비밀이 있습니다. 전해질은 이온은 통과시키지만 전자는 통과시키지 않습니다. 그래서 전자가 이온을 따라가려면 전선을 거칠 수밖에 없고, 우리는 그 전선에서 전자에게 일을 시킵니다.

전압과 전하, 에너지를 계산해 보기

단자 사이의 전압은 흑연에 리튬이 얼마나 남았는지에 따라 달라집니다. 빈 셀은 약 3.1 V, 가득 찬 셀은 약 4.1 V에서 쉽니다. 계기판의 곡선은 처음에 가파르게 오르다가 가운데에서 거의 평평해지고 끝에서 다시 올라갑니다. 양 끝은 출처와 맞췄습니다. 배터리 유니버시티는 코발트 계열 리튬이온의 일반적인 사용 범위를 셀당 3.0~4.2 V로, 충전 전압을 셀당 4.20 V로 적고 있습니다.

전류가 흐르면 셀 내부 저항 때문에 전압이 움직입니다. 모형은 셀 내부 저항을 0.05 Ω으로 두고, 용량의 절반을 한 시간에 흘리는 전류(0.5 C)인 1.6 A를 씁니다. 그러면 전압이 1.6 × 0.05 = 0.08 V만큼 달라집니다. 충전할 때는 올라가고 방전할 때는 내려갑니다. 그래서 모형이 100 %에 이르는 순간 충전기가 4.20 V 한계에 닿고, 0 %에 이르는 순간 부하가 걸린 전압이 3.00 V로 떨어집니다.

모형 값은 다음과 같습니다.

에너지는 전압에 전하를 곱한 값입니다. 간단히 공칭 전압을 쓰면 3.6 V × 3.2 Ah = 11.52 Wh이고, 라벨에 적히는 숫자가 이것입니다. 계기판은 전압 곡선 아래 넓이를 조각조각 더해 쉬는 상태에서 11.93 Wh를 얻습니다. 0.5 C로 방전하면 모형의 평균 전압은 3.65 V이고 셀이 내주는 에너지는 11.68 Wh로, 라벨 값과 1.4 % 차이입니다. 배터리 유니버시티는 공칭 3.6 V를 코발트 계열 셀을 0.5 C로 방전할 때의 중간 지점 전압이라고 설명하는데, 모형에서 부하가 걸린 중간 지점 전압은 3.63 V입니다.

이온으로는 몇 개일까요? 1 Ah는 3,600쿨롬이므로 3.2 Ah는 11,520쿨롬입니다. 이온 하나의 전하 1.602 × 10⁻¹⁹쿨롬으로 나누면, 한 번 가득 충전할 때 약 7.2 × 10²²개의 리튬 이온이 산화물에서 흑연으로 옮겨 갑니다. 모형의 초록색 공 하나는 80 mAh, 이온 약 1.8 × 10²¹개를 나타냅니다.

모형은 40초 만에 충전됩니다. 1.6 A로 같은 양을 채우려면 실제 셀은 두 시간이 걸리니, 모형이 약 180배 빠르게 돌아갑니다. 데이터시트의 표준 충전 시간이 네 시간인 것은 마지막에 충전기가 4.2 V를 유지하면서 전류를 서서히 줄이기 때문입니다.

직렬과 병렬로 팩 만들기

셀 하나는 약 3.6 V를 냅니다. 노트북이나 전기 자전거, 자동차에는 더 높은 전압이나 더 큰 용량이 필요하니 셀을 이어 붙입니다. 직렬로 이은 셀은 전압이 더해지고 같은 전류가 흐릅니다. 병렬로 이은 셀은 전류를 나눠 맡고 용량이 더해집니다. 엔지니어는 이 배치를 10s4p처럼 적습니다. 병렬로 네 개씩 묶은 묶음 열 개를 직렬로 이었다는 뜻입니다.

4s2p 줄은 한 번 더 볼 만합니다. 미국 연방항공청(FAA)의 일반 허용 기준은 100 Wh 이하이며 이 셀 여덟 개는 92 Wh입니다. 항공사 승인을 받으면 100 Wh 초과 160 Wh 이하의 예비 전지는 최대 두 개까지 허용됩니다. 예비 전지는 단자를 보호하여 기내 휴대 수하물로만 가져가야 하며 항공사 규정은 더 엄격할 수 있습니다. 모형 팩에서 위쪽 니켈 띠는 한 열의 양극 끝을 다음 열의 음극 끝에 잇고, 그렇게 이을 수 있도록 한 열씩 걸러 셀을 거꾸로 세웠습니다.

실제 팩에는 직렬 묶음마다 전압을 지켜보는 배터리 관리 장치도 들어갑니다. 한 묶음의 전압이 다른 묶음보다 높아지면 충전할 때 그 묶음이 먼저 4.2 V를 넘게 되므로, 전자 회로가 묶음 사이의 균형을 맞춥니다.

뜨거워진 셀이 스스로 데워지기 시작하는 과정

충전된 셀은 불붙기 쉬운 액체 바로 옆에 많은 에너지를 품고 있습니다. 반응하기 쉬운 표면이 보호받고 있어서 대개는 문제가 없습니다. 흑연은 고체 전해질 계면막(SEI)이라는 얇은 막으로 덮여 있습니다. 이 막은 음극 표면에 생겨, 리튬이 가득 찬 탄소와 전해질이 서로 반응하지 못하게 막아 줍니다.

온도 슬라이더를 올리면 미국 샌디아 국립연구소가 설명하는 단계를 차례로 볼 수 있습니다. 120 °C 근처에서 SEI가 무너지기 시작합니다. 전해질이 흑연에 닿아 반응하면서 열을 내고, 바깥에서 데우지 않아도 셀이 스스로 데워지기 시작합니다. 모형에서 이때의 자체 발열 속도는 분당 0.2 °C로, 샌디아가 발열이 시작되는 기준으로 쓰는 값입니다.

135 °C 무렵이 되면 분리막의 폴리에틸렌이 물러지면서 구멍이 닫힙니다. 셧다운이라고 부르는 안전 기능입니다. 구멍이 막히면 이온이 지나가지 못하니 충전도 방전도 멈춥니다. 모형에서도 전류가 0이 되고 이온이 그 자리에 멈춥니다. 폴리에틸렌 분리막을 시험한 연구에서는 150 °C에서 막이 절반 넘게 오그라들었습니다. 막이 가장자리에서 오그라들면 두 전극이 닿아 셀 안에서 합선이 날 수 있습니다.

더 뜨거워지면 충전된 양극이 분해되면서 산소를 내놓습니다. 샌디아는 양극 종류에 따라 분해가 150 °C에서 250 °C 사이에 시작된다고 보고하고, 배터리 유니버시티는 NMC의 열폭주 온도를 보통 210 °C로 적습니다. 불붙기 쉬운 용매로 가득한 셀 안에서 산소가 나오면 뜨거운 셀이 불길로 바뀝니다. 샌디아는 셀이 분당 10 °C 이상 스스로 데워지면 열폭주로 봅니다. 그 정도 속도에서는 바깥에서 아무리 식혀도 따라잡을 수 없기 때문입니다. 모형은 210 °C에서 이 속도에 이릅니다. 그보다 뜨거워지면 빨간 산소 원자가 산화물에서 빠져나와 떠오르고, 윗마개 아래 배기구에서 연기가 쏟아집니다.

바깥 열이 없어도 같은 사슬이 시작될 수 있습니다. 찌그러지거나 구멍 난 셀은 안에서 합선이 나고, 그 합선이 셀을 안쪽부터 데웁니다.

리튬이온 전지를 안전하게 쓰려면

소방 기관의 안전 수칙은 바로 이 사슬에서 나옵니다.

• 셀이나 배터리 팩을 찌르거나 누르거나 구부리지 마세요. 미국 화재예방협회(NFPA)는 관통과 압착을 리튬이온 화재의 주요 원인으로 꼽습니다.
• 그 기기에 맞게 나온 충전기로 충전하세요. 다른 배터리용 충전기는 셀을 4.2 V보다 높이 밀어 올리거나, 다 찬 뒤에도 계속 충전할 수 있습니다.
• 배터리가 부풀거나, 이상한 냄새가 나거나, 몹시 뜨겁거나, 터지는 소리가 나거나, 색이 변하면 쓰지 마세요.
• 손상되었거나 물에 잠겼던 배터리는 충전하지 마세요.
• 다 쓴 배터리를 일반 쓰레기나 재활용품 수거함에 넣지 마세요. 미국 환경보호청(EPA)은 단자에 테이프를 붙여 배터리 수거 장소로 가져가라고 안내합니다.

모형에서 단순하게 한 것

• 거리는 실제 비율이 아닙니다. 실제 셀에서 전극 코팅은 두께가 수십 마이크로미터이고 분리막은 그보다 얇아서, 원자에 비하면 이온이 건너는 거리가 엄청나게 깁니다. 모형은 그 거리를 전극 옆에 맞게 줄였습니다.
• 전극을 흠 없는 결정으로 그렸습니다. 실제 전극은 입자와 결합제, 도전재를 섞은 반죽이고 결정 층의 방향도 제각각입니다.
• 모형의 이온 40개는 모두 움직입니다. 실제 층상 산화물은 불안정해지기 전까지 리튬의 일부만 내주고, 리튬 일부는 SEI를 만드는 데 쓰입니다.
• 전압 곡선은 매끈한 모형 모양입니다. 실제 곡선은 양극 화학, 온도, 사용 기간, 전류에 따라 달라집니다.
• 열 단계는 출처의 온도 하나씩을 썼습니다. 실제 셀에서는 단계가 겹치고, 크기와 화학, 충전 정도에 따라 달라집니다.
• 팩에는 관리 장치도 퓨즈도 없습니다.
• 데이터시트 값을 쓴 것은 층상 산화물 셀뿐입니다. LFP·LTO·나트륨 이온의 전압 곡선과 용량, 석출 한계, 180배로 빠른 시간은 모형 값입니다.

노벨 화학상을 받은 세 화학자

2019년 노벨 화학상은 존 B. 구디너프, M. 스탠리 위팅엄, 요시노 아키라에게 돌아갔습니다. 수상 이유는 「리튬이온 전지를 개발한 공로」입니다. 노벨위원회의 설명은 1970년대 초에서 시작합니다. 엑손에서 일하던 위팅엄은 층 사이에 리튬 이온을 담을 수 있는 이황화 타이타늄을 양극으로 써서 처음으로 작동하는 리튬 전지를 만들었습니다. 전압은 2 V를 조금 넘었지만 음극이 리튬 금속이라 너무 반응성이 커서 널리 쓰이지 못했습니다.

구디너프는 황화물 대신 금속 산화물을 쓰면 전압이 더 높아질 것이라고 내다봤습니다. 1980년 그는 리튬 코발트 산화물을 발표했고, 이 전지는 거의 두 배인 약 4 V를 냈습니다. 1985년 요시노는 리튬 금속 음극을 석유 코크스로 바꿨습니다. 석유 코크스도 리튬 이온을 담을 수 있는 탄소 물질입니다. 두 전극이 모두 리튬을 받아 주는 물질이 되어 리튬 금속이 필요 없어졌고, 처음으로 상업화할 수 있는 리튬이온 전지가 나왔습니다. 1991년 일본의 한 전자 회사가 리튬이온 전지를 팔기 시작했습니다.

휴대폰 표시에서 전기차 팩까지

휴대폰 전지에 5,000 mAh와 3.85 V가 적혀 있으면 공칭 에너지는 5 Ah × 3.85 V = 19.25 Wh입니다. 앞의 수는 에너지가 아니라 전하량입니다. mAh가 같아도 전압이 다르면 에너지가 달라집니다. 보조 배터리와 휴대폰을 mAh만으로 비교하면 잘못 판단하기 쉽습니다. 보조 배터리는 내부 셀 전압을 기준으로 용량을 쓰지만 USB 출력 전압은 다를 수 있습니다. 전압 변환 과정에서도 일부 에너지가 열로 빠집니다. 이 계산은 표시값을 비교하는 방법이지 특정 휴대폰의 사용 시간을 정확히 예측하는 식은 아닙니다.

단순화한 전기차 예로 공칭 에너지 75 kWh인 팩을 이 전시의 11.52 Wh 셀로 만든다고 가정합니다. 먼저 75 kWh를 75,000 Wh로 바꾸고 11.52 Wh로 나누면 약 6,510개가 됩니다. 에너지만으로 구한 어림값이지 그대로 조립할 수 있는 배선도는 아닙니다. 직렬 개수는 모터 인버터의 전압 범위에도 맞아야 하고 병렬 개수는 정수여야 합니다. 실제 차는 더 큰 원통형 셀이나 파우치형·각형 셀을 쓸 수 있어 75 kWh라고 해서 이 개수에 가까울 필요는 없습니다. 냉각 장치와 외함은 셀 에너지를 늘리지 않고 무게를 늘립니다.

질량당 에너지인 Wh/kg를 비교할 때도 측정 범위를 맞춰야 합니다. 셀 수치는 팩의 냉각판과 보호 회로를 제외합니다. 따라서 NMC 셀 단품과 조립된 LFP 팩을 비교하면 대상 범위가 다릅니다. 제어 장치가 충전 상한과 하한에 여유를 두면 실제 사용 가능한 에너지는 공칭 에너지보다 작아집니다. 화면 에너지 표시와 휴대폰 계산에는 이 여유분이 없습니다. 전지를 비교하기 전에 전압, 측정 범위, 작동 조건을 확인해야 합니다.

충전 전류와 발열

C-레이트는 용량에 대한 전류의 비율입니다. 이 3.2 Ah 셀에서 0.5 C는 1.6 A, 1 C는 3.2 A입니다. 충전 내내 전류가 일정하다면 1 C로 정격 전하량을 채우는 데 한 시간이 걸립니다. 하지만 실제 리튬 이온 충전은 끝까지 이 전류를 유지하지 않습니다. 충전기는 전압 한계에 도달하면 전압을 유지하면서 전류를 줄입니다. 따라서 한 시간을 광고에 적힌 최대 C-레이트로 나누는 것만으로 충전 시간을 구할 수 없습니다.

전시의 내부 저항 가정값은 0.05 Ω입니다. 저항 발열의 단순 계산식 I²R에 따르면 1.6 A에서 0.128 W, 3.2 A라면 0.512 W입니다. 저항이 일정하다는 가정 아래 전류가 두 배면 저항 발열은 네 배가 됩니다. 계산 예일 뿐 전시 셀을 더 높은 전류로 충전해도 된다는 뜻은 아닙니다. 저항은 온도와 충전 상태, 노화에 따라 달라지며 실제 발열에는 전기화학적 요인도 있습니다. 무대의 전류 슬라이더(C-레이트)로 두 경우를 모두 볼 수 있습니다. 1 C에서는 판독표의 「전류로 나는 열」이 0.5 C일 때의 네 배입니다.

음극이 리튬을 받아들일 수 있도록 충전 조건도 조절해야 합니다. 전해질에서 이동이 빨라도 흑연 안으로 충분히 빨리 들어가지 못하면 문제가 됩니다. 추운 환경에서는 특히 급속 충전이 어렵습니다. Edge 등의 종설은 저온 급속 충전을 리튬 석출의 주요 유발 조건으로 설명합니다. 제조사가 허용한 충전 온도 범위 안이라고 해서 모든 충전 속도가 안전하다는 뜻은 아닙니다.

새지 않아도 용량이 줄어드는 이유

SEI 보호막은 흑연과 전해질의 반응이 계속되는 것을 억제합니다. 하지만 막을 만들고 두껍게 하는 과정에서 리튬과 전해질이 소모됩니다. 반응 생성물에 묶인 리튬은 더 이상 전극 사이에서 전하를 나르지 못합니다. 두꺼워진 막은 저항도 늘릴 수 있습니다. 외함이 멀쩡해도 저장 전하량이 줄고 부하를 걸었을 때 전압이 더 크게 떨어질 수 있습니다. 보이지 않는 구멍으로 전하가 새는 것이 아니라 화학적 노화입니다.

보관 중에도 노화는 계속됩니다. 높은 온도와 높은 충전 상태는 부반응을 촉진할 수 있으므로 보관 기간과 충방전 횟수는 서로 다른 이력을 나타냅니다. 충방전 중에는 부피 변화로 입자에 균열이 생기기도 합니다. 새로 노출된 표면에서는 추가 반응과 SEI 형성이 일어납니다. 모든 리튬 이온 전지가 같은 연수나 횟수에서 고장 나는 것은 아닙니다. 화학 조성과 설계, 사용 조건이 영향을 줍니다.

리튬 석출은 다른 손상 경로입니다. 리튬이 흑연 안으로 들어가는 대신 표면에 금속으로 쌓입니다. 일부는 이후 작동 중 되돌아올 수 있지만 일부는 전기적으로 고립되거나 반응하여 SEI를 더 만듭니다. 금속 침전물은 내부 단락에도 기여할 수 있습니다. 무대에서는 온도에 비해 너무 빠르게 충전하면 흑연 위에 은색 리튬 바늘이 자랍니다. 그 한계는 모형 값이므로 경향을 보여 줄 뿐 실제 셀을 진단하지는 못합니다.

충전할 때마다 완전히 방전해도 이미 잃은 리튬은 돌아오지 않습니다. 메모리 효과를 피하라는 익숙한 조언이 현대 리튬 이온 셀을 매번 비워야 한다는 뜻은 아닙니다. 기기의 0 %는 보통 보호 장치가 하한에 도달했다는 뜻이지 리튬 이온이 하나도 없다는 뜻이 아닙니다. 더 완전한 방전을 하겠다며 보호 장치를 우회하면 안 됩니다.

운송 안전 시험이 확인하는 것

UN 38.3은 리튬 셀과 전지가 운송에 적합한지 다룹니다. 미국 남서부연구소는 고도 모사, 온도 반복, 진동, 충격, 외부 단락과 함께 대상에 따라 압착 또는 충돌, 과충전, 강제 방전 시험을 소개합니다. 셀이나 전지의 종류에 맞춰 통제된 조건에서 하는 시험입니다. 통과했다고 손상된 팩이 불타지 않는다는 뜻은 아니며 모든 제품을 각각 모든 파괴 시험에 넣었다는 뜻도 아닙니다.

온도 슬라이더는 고장 진행을 설명할 뿐 인증 시험이나 집에서 전지를 시험하는 방법이 아닙니다. 실제 셀에서는 SEI와 분리막, 양극의 변화가 겹칩니다. 시작 조건은 가열 방법 외에도 조성과 충전 상태에 따라 다릅니다. 저저항 단락은 외함 전체가 설명에 적힌 온도에 도달하기 전에 국부 과열을 만들 수 있습니다. 인증된 장비를 용도대로 쓰고 제조사의 취급 지침을 따라야 합니다. 전시를 확인하려고 셀을 가열하거나 찌르면 안 됩니다.

화면 조작으로 읽는 값

충전 상태를 중간에 두고 쉼을 고르면 개방 전압을 볼 수 있습니다. 충전량을 바꾸지 않고 방전을 고르면 단자 전압이 낮아집니다. 모형이 내부 저항에 따른 전압 강하를 빼기 때문입니다. 충전에서는 반대 방향으로 바뀝니다. 빨간 점은 선택한 작동 상태의 값이지 다른 조성의 전지를 나타내지 않습니다. 충전 상태 슬라이더를 손으로 움직이면 전하 이동에 걸리는 시간을 건너뜁니다. 급속 충전 실험이 아닙니다.

팩은 같은 충전 상태에서 1s1p와 4s2p를 비교할 수 있습니다. 공칭 전압은 3.6 V에서 14.4 V로, 용량은 3.2 Ah에서 6.4 Ah로 바뀝니다. 에너지는 11.52 Wh에서 92.16 Wh로 바뀌어 셀 여덟 개와 맞습니다. 연결 방식은 전압과 전하 용량을 달리할 뿐 새로운 화학 에너지를 만들지 않습니다. 뜨거운 모형에서는 분리막 폐쇄로 이온 이동이 멈추므로 전기적 상태를 비교하기 전에 온도를 평상시 값으로 돌려야 합니다.

무대에서 직접 해 볼 수도 있습니다. 플러그를 끌어 휴대폰에, 충전 건을 끌어 차에 꽂으면 그 기기의 속도로 충전이 시작됩니다. 휴대폰 고속 충전기는 약 1.3 C, 18분 동안 10 %에서 80 %까지 채우는 차는 평균 2.33 C입니다. 충전이 오를수록 흑연은 짙은 파랑, 빨강, 금색으로 바뀌고 층 간격이 10 % 벌어집니다. 전류를 올리거나 셀을 0 °C 아래로 식히면 흑연 위에 은색 리튬 바늘이 자랍니다. 전지 종류 슬라이더는 층상 산화물을 LFP, LTO 음극, 나트륨 이온으로 바꾸고 전압 곡선도 함께 바뀝니다. 조작 탭에는 과제 열두 개, 출처가 달린 전지 소재 열 가지, 무대에 숨은 볼거리 일곱 개가 있습니다.