[배터:Reader] LIB Everywhere, 생활 속 이차전지 읽기

[배터:Reader] LIB Everywhere, 생활 속 이차전지 읽기

대학생신재생에너지기자단 26기 류호용

 

배터리로 가득한 오늘 하루

[자료 1. 생활속의 이차전지]

출처 : Chat GPT

아침에 울리는 스마트폰의 알람 소리로 하루를 시작한다. 샤워를 마치고 아침 식사를 거른 채 블루투스 이어폰을 챙겨 집을 나선다. 스마트워치의 시간을 확인하니 모종의 이유로 지하철이 지연됐다. 더는 기다릴 수 없어 EV 택시를 타고 서둘러 장소로 향한다. 도착한 뒤엔 태블릿 PC, 노트북으로 일과를 하고 난 뒤, 퇴근 후 운동을 하거나, 침대에 누워 OTT를 보며 휴식을 취하다 끝내 잠자리에 든다.

지금까지 현대인의 보편적인 하루를 읊어봤다. 이런 하루에서 우리는 이차전지를 쉽게 발견할 수 있다. 대부분의 사용자는 장비에 표시된 배터리 용량(%)에 따라 일정이 민감하게 변한다. 특히 휴대전화의 경우, 방전(0%) 돼버리면 마치 길 잃은 '미아'처럼, 아무것도 할 수 없을 정도로 우리는 배터리와 너무 친숙해 버렸다. 장비를 오래 쓰면 꼭 충전이 유독 느려지는 것 같고, 너무 빨리 수명을 다하는 것 같다. 이번 기사에서는 우리 생활 속에 깊이 자리 잡은 이차전지에 대해 좀 더 친숙해지는 목적을 담고 있다. 

 

이차전지 읽는 법

기사의 본 내용을 서술하기에 앞서, 짚고 넘어갈 것이 있다. 바로 이차전지를 읽는 방법이다. 우리의 소비 생활에 있어, 제품을 구매하는 데 있어 '이차전지'가 핵심적 판단의 근거가 되지는 않는다. 그러나 모든 제품마다 이차전지에 대한 정보가 있다는 점으로부터 앞으로 대상 비교 간 그 정보를 파악해 보는 방법에 대해 알아볼 필요가 있다.

[자료 2. S25 시리즈 제품 스펙]

출처 : Samsung

대표적으로 기사 작성일 기준, 최근에 출시된 S25 시리즈로부터 이해를 돕고자 한다. 해당 시리즈는 우측으로 이동할수록 제품의 크기와 더불어 많은 성능이 높아짐에 따라 최종적으로 가격이 비싸진다. 이러한 가격을 높아짐에 따라, 제품의 크기가 커졌고, 스펙 중 '배터리 성능' 또한 증가하는 것이 가능하다. 커진 크기에 따라 더 많은 배터리를 삽입할 수 있기 때문이다. 그중에서도 위 자료에는 '배터리 용량(mAh)'으로 나타나 있다.

'배터리 용량(mAh)'은 '밀리암페어(mA) 아워(h)'라고 읽을 수 있다. 이는 배터리가 전기를 저장하고 방출할 수 있는 능력을 나타내는 척도로써, 전류의 흐름을 시간과 곱한 값을 의미한다. 위 자료의 갤럭시 S25의 배터리 용량이 4,000mAh라는 것은 1시간 동안 4,000mA의 전류를 낼 수 있음을 의미한다.

실제로 이러한 휴대전화의 배터리 용량이 어느 정도 수준인지, 나아가 전기차 구매를 고민하는 소비자의 관점에서 이러한 개념이 실제로 와닿지 않는다. 이를 위해 예시를 들어보자. 현대자동차에서 판매하는 '아이오닉 5'에 탑재된 배터리의 스펙과 비교한다면, 해당 모델의 경우, 111.2Ah(111,2000 mAh) 정도의 용량을 가진 셀(Cell)이 192개가 탑재돼 있다. 결과적으로 휴대전화와 전기차는 어마어마한 차이를 체감할 수 있을 것이다.

간혹 제품설명에서 충전 속도의 경우 와트(W), 출력(Power)을 나타내는 경우, 와트시(Wh)를 활용한다. 이는 암페어시(Ah)에서 전압(Voltage, V)을 곱한 값에 해당하며, 에너지밀도(Energy Density)를 의미한다. 전자의 경우 배터리가 얼마만큼의 전류를 얼마의 시간 동안 낼 수 있는지 나타내지만, 후자는 실제 제품의 소비전력에 따른 사용 시간을 맞추는 단위에 해당한다. 실제로 탑재된 배터리의 전압은 3.9V로, 4,000mAh에 해당하는 갤럭시S25를 환산한다면 15,600Wh라는 값이 도출된다.

[자료 3. S25 시리즈가 제공하는 Super Fast Charging UI]

출처 : Samsung

실제로 위 시리즈의 경우 약 25~45W의 충전 속도를 가지고 있으며, 25W라는 충전 속도에 대해서 약간의 계산을 거쳐본다면 배터리와 조금 더 친해질 수 있을 것이다. 1시간에 25W를 충전하는 '25Wh'라는 능력에 대해, 'Super Fast Charging'이 가능한 충전기의 전압이 9V로 가정한다면 2.77의 용량을 1시간 동안 충전할 수 있으며 전체 4,000mAh에서 약 70%를 충전시킬 수 있다.

이 외에도, 위 자료에 제시된 배터리 용량(Typical)은 제3의 실험실 환경에서 측정한 평균값이며, 정격 용량은 더 적다. 여기서 '정격'이라는 것은, IEC 61960 표준에 따라 테스트 된 배터리 표본 간의 배터리 용량 편차를 고려한 예상 평균값을 말한다. 실제로 S25 시리즈 배터리의 정격 용량은 각각 3,885mAh, 4,755mAh, 4,855mAh에 해당한다. 이는 배터리 용량에 비해 약 96~97% 값을 나타낸다고 보면 된다. 여기서 소실된 최대 4%의 용량은 제조공정 중, 활성화(Activation) 공정에서 이차전지 전극의 SEI(Solid Eletrolyte Interface) 형성 및 부반응에 의해 소모된 용량에 해당한다.

 

생활 속의 이차전지 찾는 법

우리 삶 속에는 휴대전화 말고도 다양한 이차전지가 있다는 것은 모두가 공감할 수 있을 것이다. MZ세대의 필수품에 해당하는 에어팟(AirPods), 갤럭시버즈(Galaxy Buds) 등 블루투스 이어폰과 더불어 스마트워치, 노트북과 태블릿 등 한번 외출할 때 들고 나가야 할 배터리는 한두 개가 아님을 직시할 수 있다. 하지만 우리 생활 속에서 숨겨진 이차전지들을 발견할 수 있다.

① 전자담배

[자료 4. 릴 하이드리드 3.0]

출처 : 뉴스브라이트 

첫 번째로 소개할 사물은 전자담배이다. 위 자료에 소개된 전자담배의 경우 궐련형 전자담배로, 기존 라이터처럼 불을 피우는 것이 아닌 스팀(Steam) 기능으로 제품에 맞는 담배를 쪄서 흡연을 가능케 한다. 크기는 111*32*22mm로 자전거 손잡이와 같은 부피로 구성돼 있다. 또한 무게는 100g이 안 되는 무게인데, 이는 휴대전화 무게의 1/2에 해당한다. 제품의 내부구조 또한 담배를 찌우는 주 기능을 담당하는 파트는 매우 적고, 오히려 전체 2/3가 배터리로 구성돼 있다. 주 기능 이외에 자그마한 LED 화면과 같은 보조기능만으로 구성돼 있어 이전에 소개한 휴대전화에 비해서는 방전 속도가 느린 편, 다시 말해 충전 시 수명이 길다. 이 제품의 경우 정격전압은 휴대전화 보다 낮은 3.6V에 해당하고, 정격 용량은 2,841mAh에 해당한다.

휴대전화와 비교했을 때 낮은 전압과 낮은 용량을 가지는데, 휴대전화처럼 높은 출력이 필요한 것이 아니고, 자체 기능이 앞서 언급했듯 적은 편이므로 무엇보다도 휴대성 대비 장기간 사용을 위해서는 2/3의 공간을 배터리로 활용하는 만큼 보장된 공간에서 적절한 용량을, 적절한 가격을 위한 전략으로 보인다. 해당 제품은 기능이 적기에 1회 충전 시 길게는 2일 동안 활용이 가능하나, 이것보다 향상할 이유가 없어 적절함에 맞춰 구성된 제품으로 볼 수 있다.

② 전기스쿠터

[자료 5. NIU Npro]

출처 : KR모터스 

두 번째로 소개할 사물은 전기 스쿠터이다. 배달 문화가 만연한 요즘, 우리는 점심과 저녁을 배달로 해결하기도 한다. 이러한 배달이 현재는 오토바이로부터 이뤄지지만, 최근에는 전기 스쿠터의 보급이 점차 증가하며 문화가 바뀌고 있다. 스쿠터의 경우 가장 중요한 것은 출력이다. 휴대전화의 경우 단순 애플리케이션과 LED 등 단순한 기능들이 복합적으로 일어나지만, 스쿠터는 단 시간에 엄청난 속도, 이를 위한 에너지가 필요하다. 비교를 위해 가져온 제품은 KR모터스의 'NIU Npro'이다.

[자료 6. NCR 18650GA]

출처 : ORBTRONIC

NIU Npro의 경우 Panasonic의 NCR18650GA셀을 활용했다. 여기서 18650이란 직경과 높이를 의미하는 배터리 용어로, 다섯 자리 숫자 중, 앞의 두 자리는 직경(Diameter)을 나타내고, 뒤의 세 자리는 높이(Hight) 를 나타낸다. 따라서 18mm 직경과 650mm의 높이를 가진 배터리 셀로 구성돼 있다는 의미이다.

Panasonic에서 제조하는 NCR 18650은 NCA(Ni-Co-Al) 양극재로 구성된 3,500mAh의 용량의 이차전지를 활용한다. 파나소닉에서 제조하는 NCR 18650시리즈는 두 개의 모델이 있지만, 전기 스쿠터에 활용하기 위해서는 고출력을 낼 수 있는 해당 모델을 적용하고 있다.

그러나 현재 전기차의 상용화가 다소 둔하고, 전기 스쿠터 또한 마찬가지인 실상에서, 3.5시간의 충전 시간에 비해 주행가능 거리는 40km 내외, 최대 속력은 60km/h에 그치며 정격 출력은 1,500W에 그친다.

③ 에어쿨러

[자료 7. 휴대용 에어쿨러]

출처 : Coupang

2025년 7월, 여름과 같은 날씨를 전기의 힘 없이 버틴다는 것은 사실상 불가능하다. 그렇다고 전선을 연결해 선풍기를 틀자니 성에 차지 않고, 에어컨을 틀자니 전기세 부담이 걱정된다. 이에 대한 절충안으로 에어쿨러(Air-Cooler)를 뽑을 수 있다. 그리고 이러한 에어쿨러 중에서도 휴대용 에어쿨러 또한 이차전지로부터 구동이 된다.

에어쿨러의 경우 에어컨에 비해 매우 적은 에너지를 활용한다. 전기요금을 예시로, 가정용 에어컨의 전기요금의 월 20만 원이라면 에어쿨러는 3,500원에 달하는 매우 큰 차이를 보인다. 위 자료에서 소개한 에어쿨러의 경우, ICR-18650_25IP로 구성돼 있다. 이는 5,000mAh의 배터리 용량을 가지고 있으며 정격전압은 5.0V, 출력은 4.8~6.0W까지 가능하다.

이러한 제품은 약 480g의 무게로 에어컨이나 선풍기에 비해서 훨씬 가볍다. 그런데도, 스탠드형 에어컨처럼 넓은 면적을 냉풍을 확산시키는 것은 어려울지라도, 선풍기와 동일하거나 더 넓은 면적에 확산이 가능하다.

이처럼 이차전지는 기존 전기 코드로 구동되는 제품들에 비해 높은 출력과 안정적인 에너지 공급, 무엇보다도 가격 경제성으로 우리의 좋은 친구가 돼가고 있다.

 

슬기롭게 배터리를 활용하는 법

지금까지 살펴본 우리 생활 속의 이차전지는 확실한 경제성을 자랑한다. 그러나 이차전지는 안타깝게도 휴대용 기기들 이외에 전기차를 비롯한 이동 수단부터 우리 삶의 많은 변화를 끌어내기엔 아직 부족함이 많다. 특히 이동 수단에 대해서는 내연기관의 성능을 따라잡기에는 장벽이 매우 높기 때문이다. 또한 충전량 대비 충전 속도 또한 문제점으로 지적된다. 현대인에게 '시간은 금과 같다'는 말이 있다. 하루하루를 바쁘게 살아가는 현대인들은 차를 타고 가면서 장거리를 운행한 것도 아님에 불구하고, 3.5시간을 충전에 소모한다는 것은 매우 큰 낭비이다. 그렇다면 우리 생활 속에서 이차전지를 조금 더 슬기롭게 쓸 방법은 없을지 고민하게 된다. 가장 먼저, 적정 충전 범위를 유지하는 것이다. 

이차전지는 일반적으로 20~80% 범위에서 사용하는 것을 권장한다. 이는 이차전지의 수명과 관련이 있다. 화학반응과 리튬이온의 층간 탈 삽입으로 구동되는 점에서 완전 충전(100%)이나 완전 방전(0%)을 자주 하면 화학적 스트레스, 특히 양극과 음극을 구성하는 전 물질들의 구조가 붕괴해 이는 이차전지의 수명을 줄이게 되는 치명적인 요인이다. 이를 위해서 현재 휴대전화 및 스마트 제품들의 경우 배터리의 충전량을 80~85%로, 자체적으로 제한하는 시스템들이 접목되어 있으므로 이러한 기능을 활용하는 것을 적극 추천한다.

[자료 8. 삼성 노트북 충전기]

출처 : Samsung

충전기의 선택 또한 중요하다. 최근에 나오는 노트북의 경우 고속 충전을 제공하는 C타입 형태의 충전기와 제품들이 늘어나고 있다. 이는 휴대전화와 더불어 다양한 제품들엔 단기적으로는 고속 충전을 통한 시간 절약에 이바지하지만, 장기적으로는 제품의 열화를 촉진한다. 이는 제품에 명시된 정격전압에 부합하는 전압을 가진 충전기를 활용해야 한다. 이에 대해 저전압의 충전기를 활용할 때 기본적으로 충전 속도가 매우 떨어지게 되고, 떨어진 충전 속도와 더불어 화학반응이 느려지거나 발생하지 않아 이차전지 수명에 치명적일 수 있다. 고전압으로 충전을 가한다면 과전압 및 과전류로 인해 발화 사고의 위험성이 존재하며 무엇보다도 전해질의 분해와 열분해가 촉진됨에 따라 이차전지의 수명이 줄어들게 된다.

구동 및 충전 간 온도 관리 또한 수반돼야 한다. 일반적인 리튬이차전지는 사용 온도 10~30℃가 구동에 적합하다. 저온에서는 전해질과 더불어 리튬이온의 이동이 느려지게 돼 결과적으로 출력이 제한된다. 45℃ 이상의 고온에서는 전해질 및 전극의 화학적 열화 가속되어 수명 단축될 수 있다. 이를 위해서는 가장 먼저 기기의 충전 간 케이스를 탈착하는 것을 추천한다. 실리콘 재질의 투명 케이스 및 일반적인 케이스들은 제품에서 발생하는 열을 방출하지 않고 오히려 유지함에 따라 제품 온도를 낮추지 못한다. 나아가 사용간 손으로 만졌을 때, 열기가 감지될 때 즉시 케이스를 분리한 채 사용하는 것을 권장한다.

또한 현재는 많은 A/S 센터로부터 액정 및 메인보드와 같은 핵심부품 교체 시 배터리의 교체를 권장하는 편이나, 이외에도 지속적인 점검과 더불어 본인의 생활 습관을 되돌아볼 필요가 있다.

 

친근한 관계에서 얻는 지혜

[자료 9. 친구관계]

출처 : 메이수

죽마고우(竹馬故友)라는 말이 있다. 우리의 생활 속에 숨어있는 이차전지와 동반자로서, 친구로서 그 활용성에 감탄하고 있다. 그리고 사람이든, 사물은 우리와 친근한 관계이자 곧 친구가 된다고 생각한다. 친구로 지내다 보면 서로가 편해지기도 하고, 항상 곁에 있으며 나에겐 소중한 존재가 된다. 이차전지는 사람과 비슷하다. 작정하고 만난 것이 아닌, 우연히 우리 삶에 자리 잡아 과거와 비교했을 때 많은 것을 바꿔줬고, 이제는 하나의 사이클(Cycle) 산업으로써 많은 이의 존망(存亡)을 손에 쥐고 있다.

이차전지는 결코 부족하지 않다. 다만 내 손에 있는 것이 남의 물건보다 더 좋은 물건이 도록 갈망하는 인간의 특수성으로 인해 상대적으로 비난받고 있다. 가끔은 이러한 심리에 휘둘리는 것보단, 생활 속 하나의 작은 요소로부터 지혜를 얻어가는 자세가 필요하다. 아직 갈 길이 멀지만, 현재는 부족하지 않다. 친구로 지내다 보면 서로 보고 배우듯, 배터리도 성장하는 순간은 필연적으로 찾아올 것이다.

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1. " [배터:Reader] 떠나간 우리 자존심은 어디에, 하이니켈 읽기 ", 26기 김대건, 류호용, 27기 박지은, 조희선,  https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4798

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2. " [Remake][배터:Reader] 바다의 진리를 넘는 에너지, 해수배터리 읽기 ", 26기 류호용, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4847 

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참고문헌

[이차전지 읽는 법]

1) 삼성전자서비스, SAMSAUNG, "갤럭시 S25/S25+/S25 Ultra, 사양(스펙) 및 기능이 궁금합니다", 2025.01.23, https://www.samsungsvc.co.kr/solution/3187302

[생활 속의 이차전지 찾는 법]

1) 최강_람보, 람보의 제테크 세상, "KR모터스 NIU Npro 전기스쿠터 스펙및 배터리사양", 2019.04.17, https://asus200.tistory.com/entry/KR%EB%AA%A8%ED%84%B0%EC%8A%A4-NIU-Npro-%EC%A0%84%EA%B8%B0%EC%8A%A4%EC%BF%A0%ED%84%B0-%EC%8A%A4%ED%8E%99%EB%B0%8F-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC%EC%82%AC%EC%96%91

[슬기롭게 배터리 활용하는 법]

1) 아트뮤코리아, Better Charging, Better Smart life, " 리튬이차전지 배터리! 올바르게 관리하는 법은 무엇일까?", 2024.07.09,
https://artmukorea.tistory.com/583