리튬 폴리머 배터리

리튬 폴리머(LiPo) 배터리는 고체 전해질 기술이 적용된 충전식 리튬 이온 배터리로, 기존 배터리보다 얇고 무게가 가볍습니다.

이 커패시터는 배터리로 충전할 수 있으므로 휴대폰 및 기타 배터리 구동 장비에 완벽한 배터리 팩 솔루션이 됩니다. 또한 취미로 전자제품을 만드는 사람들은 원격 조종 드론에 사용하기도 합니다.

에너지 밀도

에너지 밀도 측정은 부피와 관련하여 지정된 면적 내에 동일한 양의 전하를 저장할 수 있는 배터리의 능력을 나타냅니다. 이 값은 열역학 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다: e = DG / ma, 여기서 DG는 산화 환원 반응의 깁스 에너지 변화를 나타내고 ma는 셀 내의 모든 활성 물질의 질량을 나타냅니다. 에너지 밀도는 배터리 성능 및 수명 평가의 한 척도로 사용되지만, 특정 용도에 맞는 배터리를 선택할 때는 사이클 안정성 및 속도 용량과 같은 다른 고려 사항도 고려해야 합니다.

리튬 폴리머 배터리는 고체 폴리머 전해질, 특히 고체 폴리머로 만든 전해질을 사용함으로써 에너지 밀도가 크게 향상되었습니다. 이 접근 방식은 전극의 기계적 강도를 높이면서 Li 덴드라이트 형성을 방지합니다. 또한, 이 전해질은 이온 전도성을 향상시켜 충전/방전 속도가 빨라집니다.

충전은 배터리에 과전압을 가하는 외부 회로를 통해 이루어지며, 전자를 양극에서 음극으로 이동시키는 인터칼레이션과 리튬 이온이 배터리의 양 극 사이를 이동하는 방식으로 이루어집니다. 이렇게 하면 전극 재료에 전하로 저장되는 화학 에너지원이 제공됩니다.

리튬의 높은 반응성은 전극 재료의 안전한 작동을 보장하기 위해 전도성이 높은 층으로 코팅해야 하는 리튬 복합체가 존재하는 탄산에틸렌 또는 탄산프로필렌과 같은 무기 전해질을 사용해야 합니다.

고체 전해질은 액체 탄산에틸렌보다 저항이 낮고 고온을 견딜 수 있어 리튬 배터리의 에너지 밀도를 크게 높일 수 있으며 현재 여러 회사에서 연구하고 있습니다.

금속-공기 배터리는 금속 호일을 양극으로, 공기를 음극으로 사용하는 또 다른 가능한 솔루션입니다. 이 배터리 유형은 기존 리튬 이온 셀보다 더 친환경적이면서 이론적 에너지 밀도가 높고, 충전 시간이 더 빠르고 수명이 길며, 극한의 사용률로 인해 셀이 손상될 수 있는 사이클 용량이 줄어듭니다.

전력 밀도

리튬 폴리머 배터리는 에너지 밀도와 유연성을 높이기 위해 액체 전해질 대신 고체 폴리머 전해질을 사용하는 충전식 배터리입니다. 에너지 밀도가 높아 드론, 무선 조종 모델, 웨어러블 디바이스 등 무게 감소가 필수인 독특한 폼팩터를 가진 기기에 사용할 수 있습니다. 이러한 기기에 전원을 공급하는 경우가 많습니다.

리튬 폴리머 배터리는 일반적으로 킬로그램당 100~200와트시 사이의 에너지 밀도를 제공하며, 이는 주어진 무게와 부피 내에서 얼마나 많은 전기를 생산할 수 있는지를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 에너지 밀도가 낮아지면 설치 공간도 줄어들기 때문에 특정 애플리케이션을 처리할 때 문제가 발생할 수 있습니다.

리튬 폴리머 배터리는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 고분자량 폴리(트리메틸렌 카보네이트)(PTMC), 폴리프로필렌 옥사이드(PPO) 등 이온 전도성 고체 폴리머로 구성된 전해질을 사용합니다. 또한 액체 전해질 용액의 점도를 더욱 낮추기 위해 LiTFSI 또는 Li-NMC를 용매가 없는 염 용액으로 첨가하는 경우가 많습니다.

활성화되면 배터리는 전류를 통해 양극에서 음극으로 이온을 이동시켜 전기화학 산화 환원 반응을 일으켜 음극에 침전된 전자를 방출하여 초기 상태보다 산화 물질로 환원되는 방식으로 작동합니다. 이 전자의 에너지가 도체를 통해 외부 회로로 이동하면 전기에너지를 생성하여 전원을 공급할 수 있습니다.

리튬 폴리머 배터리는 기존 리튬 이온 배터리에 비해 설치 공간이 더 작고 모양이 유연하여 대형 셀을 넣을 공간이 제한된 디바이스에 쉽게 장착할 수 있어 공간이 부족한 웨어러블 디바이스나 드론에 적합합니다.

보다 탄력 있고 안전한 리튬 폴리머 배터리 전해질을 개발하는 것은 우선적인 연구 분야입니다. 이 목표를 달성하기 위해 과학자들은 리튬 티타네이트 및 규산 마그네슘과 같은 무기 충전제를 연구해 왔으며, 이러한 충전제는 고체 폴리머 전해질을 단단하게 하고 리튬의 수지상 성장을 방지하며 SEI 필름 셀의 사이클 안정성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

충전기

리튬 폴리머 배터리는 과충전이나 내부 부품 손상을 방지하기 위해 전류, 전압, 온도, 보호 회로를 모니터링하고 제어할 수 있는 충전기가 필요합니다. 리튬 폴리머 배터리는 자주 충전해야 하는 다양한 휴대용 전자 기기에 사용할 수 있으며, 효율적인 충전 방법을 통해 시간이 지남에 따라 이러한 기기의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있습니다.

리튬 폴리머 배터리가 자연 발화한다는 보도로 인해 리튬 폴리머 배터리에 대한 부정적인 시각이 있지만, 이러한 보도는 과장되거나 부풀려진 경우가 많습니다. 일반적으로 이러한 사고의 원인은 과열이며, 과열로 인해 화학 반응이 일어나 결국 화재로 이어지므로 충전 장치를 사용 중에 연결 상태를 유지하거나 충전 중에 스위치를 켜둔 채로 두지 않는 것이 중요합니다. 안전한 충전을 위해서는 충전 중에는 반드시 배터리의 플러그를 뽑고 케이블을 ESC 컨트롤러에 올바르게 고정해야 합니다.

배터리가 충전되면 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동하면서 리튬 산화물을 생성합니다. 이 화학 반응은 부식 또는 "녹"을 일으키고, 이것이 축적되면 내부 저항 수준이 상승하여 배터리 작동에 필요한 내부 저항이 높아집니다.

연구자들은 리튬 폴리머 배터리의 성능을 향상시키기 위해 노력해 왔습니다. 연구자들은 전도성을 높이는 고체 고분자 전해질을 사용하여 사이클 및 속도 성능을 향상시키고 나노 기술을 사용하여 리튬 금속의 표면을 개선하는 데 성공했습니다.

리튬 폴리머 배터리의 성능을 향상시키는 효과적인 방법은 충전 속도와 전압을 제어하고 열 스트레스를 감지하며 과열을 방지하는 전자 칩과 같은 열 관리 시스템을 사용하는 것입니다. 기술이 발전함에 따라 리튬 폴리머 배터리의 효율성은 계속 향상될 것이지만, 안전성은 여전히 리튬 이온 배터리에 비할 바가 못 됩니다.

안전

제조업체는 열로 인한 배터리 고장을 방지하기 위해 리튬 폴리머 배터리에 여러 가지 안전 기능을 설계했습니다. 예를 들어, 에너지 밀도와 안전성 사이의 균형을 맞추기 위해 활성 물질의 양을 제한하고, 셀에 여러 보호 장치를 포함하며, 내부 온도가 너무 높아지면 자동으로 전원을 차단하는 전자 보호 회로가 셀을 모니터링합니다.

온도를 제어하는 또 다른 방법은 열 관리 시스템을 사용하는 것입니다. 이 시스템은 개별 셀의 열을 전도하는 동시에 공기를 불어넣어 냉각하는 상호 연결된 열 패드로 구성되어 있어 과열을 방지하고 배터리 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.

리튬 폴리머 배터리는 올바르게 사용하면 매우 안전할 수 있습니다. 액체 배터리처럼 화재를 일으키지 않으며 열과 관련된 고장은 비교적 드물게 발생합니다. 하지만 리튬 폴리머는 외부 열원에 민감하므로 항상 직사광선이나 히터나 스토브와 같은 큰 열원을 피해 서늘한 곳에 보관해야 합니다.

화재 위험을 최소화하려면 리튬 배터리를 인화성 물질이 없는 서늘한 곳에 보관하고 소화기를 가까이 두어야 하며, 3개월 이상 보관할 계획이라면 정기적으로 충전해야 합니다.

항상 LiPo 팩 전용 충전기를 사용하고 셀 수와 전류 등 설정을 주의 깊게 살펴보세요. 또한 합선을 일으킬 수 있는 금속 물체를 가까이 두지 마세요. 무선 조종 모델에서 사용할 때는 리포 자루를 사용할 것을 적극 권장합니다.

성능 향상을 위해 셀당 4.2V 이상으로 '가열'하거나 전압을 높이려고 시도하지 마세요. 이러한 장치는 종종 그렇지 않다고 주장하지만 실제로는 화재 위험이 증가하거나 그 과정에서 장비가 손상될 수 있습니다.