보조배터리 폭발 위험? 리튬 이온 전지의 구조와 원리로 답하다

[보조배터리의 과학] 스마트폰 배터리가 부족할 때 필수템인 보조배터리, 올바르게 사용하고 계신가요? 보조배터리 속 과학 원리부터 구매 시 꼭 확인해야 할 스펙, 안전하게 사용하는 법까지 한 번에 정리해 드립니다! 

평소 궁금하거나 관심 있던 일상 속 현상을 공부하고, 자신의 진로희망에 맞춰 과학탐구/과학실험 주제를 만들어 심화학습, 생기부 세특, 수행평가, 동아리, 진로활동, IB 물리·화학·생물 IA나 EE 등에 활용해 보세요 :) 

목차

1. 보조배터리: 충전가능한 리튬이온 전지

지금 여러분의 주변에는 얼마나 많은 배터리가 있을까요? 스마트폰, 태블릿, 스마트워치, 무선 이어폰, 노트북, 무선 마우스와 키보드, 각종 리모컨, 무선·로봇 청소기, 전동 면도기, 카페 진동벨 등 — 당장 10개 이상 찾는 건 어렵지 않을 겁니다.

우리는 다양한 전자기기를 사용하며 종종 배터리가 부족한 상황을 겪습니다. 근처에 콘센트가 있다면 충전기를 꽂아 해결할 수 있지만, 외부나 여행 중이라면 어떻게 해야 할까요? 이럴 때 유용한 것이 바로 보조배터리(power bank, portable charger)입니다. 보조배터리는 미리 저장해 둔 전력을 스마트폰 등 전자기기에 공급해, 언제 어디서든 충전할 수 있도록 도와줍니다.

모든 배터리는 충전해서 계속 사용할 수 있을까요? 또, 보조배터리는 어떻게 외부 전자기기에 전력을 공급할까요? 지금부터 살펴보겠습니다.

▲ 1차 전지 vs 2차 전지

배터리는 전기에너지를 화학에너지 형태로 저장하고 필요할 때 다시 전기에너지로 변환하여 사용하는 장치입니다. 방전 후 재충전 가능여부에 따라 크게 1차 전지와 2차 전지로 구분할 수 있습니다.

• 1차 전지: 내부의 화학반응이 비가역적이므로, 한 번 방전되면 재충전이 불가능함. 완전히 방전되면 폐기해야 하는 일회용 배터리가 해당됨. (예: 알칼리 전지, 리튬 1차 전지, 망간 건전지)

한 번 방전된 후 폐기되는 건전지 (출처: 뉴스1)

• 2차 전지: 방전된 후에도 충전하여 반복적으로 사용할 수 있음. 외부에서 전류를 공급하면 배터리 내부의 화학반응이 역으로 진행되어 다시 전력을 저장함. (예: 리튬 이온 전지, 납축 전지, 니켈-수소 전지)

방전 후에도 다시 충전하여 사용하는 리튬 이온 전지 (출처: Yiwu)

 

일반적으로 보조배터리는 충전과 방전을 반복할 수 있는 2차 전지로 제작됩니다. 일회용 보조배터리도 판매되지만, 전자기기를 충전한 후 다시 사용할 수 있어야 하기 때문에 대부분 충전식 보조배터리를 선호하기 때문입니다.

 

보조배터리는 크게 리튬 이온 전지와 회로 기판으로 구성되어 있습니다.

• 리튬 이온 전지: 화학적 반응을 통해 전기를 저장하고 방출함
• 회로 기판: 전압 변환 회로를 통해 전자기기를 충전하기 위한 전압으로 변환하고, 보호 회로를 통해 보조배터리의 과충전 및 과방전을 방지함

보조배터리의 내부 구조 (출처: www.myfixguide.com)

 

이어서 ▲리튬 이온 전지의 구조와 ▲보조배터리 충전-방전 원리를 자세히 확인해 보겠습니다.

 

2. 리튬 이온 전지의 구조

보조배터리에는 리튬 이온 전지(Lithium-ion battery)가 가장 널리 사용되는데, 에너지 밀도*가 높아 같은 무게라도 더 많은 전력을 저장할 수 있기 때문입니다. 즉, 다른 전지보다 가볍고 작은 휴대용 배터리를 만들 수 있다는 의미입니다.

* 에너지 밀도 = 단위 무게 또는 단위 부피당 에너지의 양

 

리튬 이온 전지는 리튬(Li)을 이용하여 전하를 전달하는 방식으로 작동하며, 크게 양극, 음극, 분리막, 전해질로 구성되어 있습니다.

리튬 이온 전지의 구성 요소

 

▲ (+)극, 리튬 이온을 방출

먼저, 리튬 이온 전지의 (+)극(양극, cathode)에는 리튬-금속 산화물이 있습니다. 

• 외부에서 전류를 흘려주어 보조배터리를 충전할 때: (+)극의 리튬-금속 산화물 속 리튬이 전자를 잃으며 리튬 이온(Li⁺) 상태로 방출됨
• 외부 전자기기를 충전하기 위해 보조배터리가 방전될 때: 리튬 이온(Li⁺)이 (+)극으로 되돌아와서 리튬-금속 산화물로 저장됨(충전 전 상태로 원상 복구됨)

리튬 (Li, Lithium)

• 원자번호가 3번인 리튬은 전자 하나를 잃고 양이온(Li⁺)이 되려는 성질이 강함

• 순수한 리튬 금속은 매우 불안정하여 원소 상태로 일상적으로 사용하기는 어려우며, 리튬 이온 전지의 (+)극에서는 리튬과 금속, 산소가 결합된 리튬-금속 산화물(LiMO_x)* 형태로 활용됨 → 예: LiCoO₂(리튬-코발트 산화물, LCO), LiMn₂O₄(리튬-망간 산화물, LMO)
  * 여기서 M은 코발트(Co), 망간(Mn), 니켈(Ni) 등 전이금속을 의미함

▲ (-)극, 리튬 이온을 받아 에너지를 저장

리튬 이온 전지의 (-)극(음극, anode)에는 흑연(C, graphite), 실리콘(Si) 복합체 등이 위치합니다.

• 외부에서 전류를 흘려주어 보조배터리를 충전할 때 : (+)극에서 방출된 리튬 이온(Li⁺)을 받아 (-)극에 저장함
• 외부 전자기기를 충전하기 위해 보조배터리가 방전될 때: (-)극에 저장되어 있던 리튬 이온(Li⁺)을 다시 (+)극으로 방출함(충전 전 상태로 원상 복구됨)

전지가 충전과 방전을 반복하며 이온을 저장하고 방출하는 과정에서, 흑연은 많은 리튬 이온을 안정적으로 저장할 수 있어 유용하게 활용됩니다. 그러나 필연적으로 흑연의 구조가 변화하며 저장할 수 있는 이온의 양은 점차 줄어들어 배터리의 수명 역시 감소하게 됩니다.

▲ 분리막, (+)극과 (-)극을 분리

리튬 이온 전지의 분리막(separator)은 양극과 음극의 물리적 접촉을 차단하여 내부 합선(단락, 쇼트, short circuit)을 방지하는 역할을 합니다. 합선은 회로 내에서 전선이 서로 직접 닿거나 다른 금속이 회로에 닿는 것을 의미합니다. 전위차가 나는 두 지점 사이에는 저항이 있어야 알맞은 수준으로 전류가 흐르지만, 전선이 서로 직접 닿거나 다른 금속이 닿아버리면 저항이 거의 없는 상태가 되어버리고 의도하지 않은 경로로 과도한 전류가 흘러버립니다. 이 경우 스파크가 일어나거나 화재가 발생하는 등 안전 사고가 일어날 수 있습니다.

보조배터리에서도 분리막 없이 양극과 음극이 접촉하면 전기에너지가 저장되는 것이 아니라, 과도한 열이 발생하여 화재로 이어질 위험이 있습니다.

 

그렇지만 분리막에는 미세한 구멍이 있어 리튬 이온의 이동은 가능합니다. 이를 가능하게끔 하는 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이 분리막으로 이용됩니다.

▲ 전해질, 리튬 이온의 이동 통로

리튬 이온 전지의 전해질(electrolyte)은 배터리 내부의 양극과 음극 사이에서 리튬 이온이 원활하게 이동하도록 돕는 매개체입니다. 리튬염(Lithium salts), 유기 용매(organic solvent), 첨가제(additives)로 구성된 전해질 덕분에 리튬 이온은 잘 녹아들어 양극과 음극 사이를 이동할 수 있습니다.

• 리튬염: 리튬 이온은 염에 녹아들어 이동함, 소형 기기의 배터리에는 일반적으로 이온전도도와 용해도, 화학적 안정성이 모두 우수한 LiPF₆가 사용됨
• 유기 용매: 리튬 이온이 염에 잘 녹아들 수 있도록 유전율(permittivity, 이온 화합물을 분리시켜 주는 정도)이 높고, 낮은 점도를 가진 용매를 사용함
• 첨가제: 발열을 개선하는 등 배터리의 수명과 안정성을 향상시키고 성능을 보완하는 역할을 함

우리가 실생활에서 접하는 리튬 이온 전지는 액체 전해질을 사용합니다. 그러나 기존의 전해질에는 고온 환경이나 외부 충격 상황에서 화재나 폭발 위험이 큰 가연성 유기 용매가 포함되어 있습니다. 그래서 최근에는 외부 충격에 더 강하고, 액체보다 밀도가 높아 에너지 효율도 좋을 것으로 기대되는 고체 전해질을 이용한 전고체 배터리(All-Solid-State Battery, ASSB)를 개발·실용화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

 

3. 보조배터리의 충전-방전 원리

리튬 이온 전지의 각 구성 요소는 어떻게 전기에너지를 저장하고 방출할까요? 전자의 흐름과 이온의 이동을 조절하는 산화-환원 반응의 한 예시인 보조배터리의 충전-방전 원리를 살펴봅시다.

▲ 외부에서 전류를 흘려주어 보조배터리를 충전할 때

• 보조배터리가 외부 전원에 연결되어 전류가 흐름 → 리튬 이온(Li⁺)과 전자(e-)가 각각 아래와 같이 이동함

리튬 이온(Li⁺)	전자(e-)
(+)극에서 빠져나와 전해질을 통해 (-)극으로 이동하여 흑연(C)에 삽입됨	(+)극에서 외부 도선을 통해 (-)극으로 이동함

 

• 이때, 두 전극에서의 화학 반응식은 다음과 같음
  • (+)극: (+)극의 리튬-금속 산화물(LiMO_x)에서 리튬이 전자를 잃고 산화되어 리튬 이온과 전자로 나뉘어짐

LiMO_x → Li⁺ + MO_x + e-

• • (-)극: (+)극으로부터 이동해 온 리튬 이온이 전자를 얻고 환원되어 리튬화 흑연(LiC₆)이 생성됨

C₆ + Li⁺ + e- → LiC₆

외부에서 전류를 흘려주어 보조배터리를 충전하는 원리

▲ 외부 전자기기를 충전하기 위해 보조배터리가 방전될 때

• 리튬 이온(Li⁺)과 전자(e-)가 각각 아래와 같이 이동함 → 보조배터리에서 전류가 흐르며 외부 전자기기를 충전함

리튬 이온(Li⁺)	전자(e-)
(-)극에서 방출되어 전해질을 통해 (+)극으로 되돌아감	(-)극에서 외부 전자기기를 거쳐 (+)극으로 되돌아감

 

• 이때, 두 전극에서의 화학 반응식은 다음과 같음
  • (+)극: (-)극에서부터 이동해 온 리튬 이온이 전자를 얻고 환원되어 리튬-금속 산화물(LiMO_x)을 생성함

MO_x+ Li⁺ + e- → LiMO_x

• • (-)극: (-)극의 리튬화 흑연(LiC₆)에서 리튬이 전자를 잃고 산화되어 리튬 이온이 생성되어 (+)극으로 이동함

LiC₆→ C₆ + Li⁺ + e-

외부 전자기기를 충전하기 위해 보조배터리가 방전되는 원리

 

보조배터리의 충전-방전 과정에서 (+)와 (-)의 두 전극 사이에서 리튬 이온만 왕복(swing)하기 때문에 리튬 이온 전지가 스윙 시스템(swing system)이라고 하기도 합니다.

 

4. 보조배터리 구매 시 확인사항

시중에는 다양한 보조배터리가 있어, 어떤 보조배터리를 구매하는 것이 가장 좋을지 늘 고민하게 합니다.

 

일단, 보조배터리마다 생긴 모양이 다릅니다. 가장 기본 형태인 바(bar) 모양 보조배터리, 도킹형 보조배터리, 무선형 보조배터리 등이 있습니다. ▲도킹형 보조배터리는 크기의 한계가 있어, 일반적으로 바(bar) 모양보다 배터리 용량이 적은 편입니다. 일상생활 중에 스마트폰을 가볍게 충전하여 사용하는 용도라면 좋은 선택지입니다. ▲무선형 보조배터리는 세계무선충전협회(WPC)에서 정한 국제표준(Qi)에 따라 케이블 없이도 충전이 가능하게끔 한 배터리입니다. 케이블이 있을 때보다 어쩔 수 없이 충전 속도가 조금 느릴 수밖에 없지만, 애플의 맥세이프(MagSafe) 기술을 이용한다면 폰과 보조배터리가 자석으로 달라붙기 때문에 기기 2개를 매번 따로 챙겨야 한다는 고생스러움이 해소되는 장점이 있습니다.

 

이외에도 보조배터리를 선택할 때 중요하게 살펴봐야 하는 것에는 ▲배터리 용량(mAh)과 ▲최대 입-출력(W)이 있습니다. 당장 위 3개의 보조배터리만 하더라도 배터리 용량이 5,000 mAh, 10,000 mAh, 20,000 mAh로 모두 다르고, 최대출력 역시 15 W, 22.5 W, 45W로 모두 다릅니다. 잘 살펴보고 구매하려고 제품 설명을 봐도 전압(V), 전류(A), 용량(mAh), 전력(W), 전력량(Wh) 등 여러 숫자와 기호가 복잡하게 적혀 있어 암호처럼 느껴질 수도 있습니다. 아래 그림처럼 표시된 보조배터리의 상세 스펙을 어떻게 읽어내면 좋을까요?

보조배터리의 상세 스펙 예시 (출처: Anker)

▲ 보조배터리의 용량: mAh(밀리암페어시) vs. Wh(와트시)?

보조배터리의 용량은 위의 사진처럼 mAh(밀리암페어시) 단위로 표시됩니다.

 

배터리 용량 [단위: Ah, mAh]

• 배터리가 단위 시간당 흘러 보낼 수 있는 전류량을 나타내는 물리량
• 1 Ah(암페어시)는 1h(시간)에 1A(암페어)로 전송되는 전하량을 의미하며, 1 mAh(밀리암페어시)는 1 Ah의 1/1000에 해당함
• 소형 전자기기(보조배터리, 스마트폰 등)의 배터리 용량을 표시할 때에는 mAh(밀리암페어시) 단위로 표기됨

예를 들어, 최신 스마트폰의 배터리 용량은 대략 4,000~5,000 mAh 정도입니다. 완충된 스마트폰으로 최대 25시간 동안 동영상을 시청할 수 있다면, 스마트폰으로 동영상을 볼 때 1시간에 200 mAh 가 필요하다는 것을 의미합니다.

 

우리 주변에서는 5,000 ~ 20,000 mAh 용량의 보조배터리를 가장 흔하게 볼 수 있는데, 기술이 발전하며 20,000 mAh의 고용량 보조배터리여도 350~500 g 사이의 무게로 비교적 가볍게 출시되고 있어 휴대하기 훨씬 편해졌습니다. 사진이나 동영상 촬영이 잦은 여행 시 특히 유용합니다.

 

마찬가지로 보조배터리로 전자기기를 충전하는 상황을 생각해 봅시다. 10,000 mAh 용량의 보조배터리로는 5,000 mAh의 스마트폰을 2번이나 완전히 충전할 수 있을 것처럼 보입니다. 하지만 아쉽게도 실제로 완충할 수 있는 횟수는 더 적은데, 도대체 왜 그럴까요?

 

이는 보조배터리의 전압과 충전하고자 하는 전자기기의 전압이 다르기 때문입니다. 전압이 다른 기기 간 에너지양을 비교하기 위해서는 전류량 외에도 전압까지 고려한 물리량인 전력량(Wh)을 따져봐야 합니다.

 

전력량 [단위: Wh]

• 배터리에 저장된 총에너지를 나타내는 물리량으로, 전력량(Wh) = 전류량(Ah) × 전압(V)으로 계산함
• Wh(와트시) 단위로 표기됨

예를 들어, 배터리 용량이 10,000 mAh인 보조배터리는 내부 전압이 3.7V이므로 전력량은 37 Wh ( = 10,000 mAh × 3.7V / 1,000 )입니다. 여기서 1,000을 나누는 이유는 m(밀리) 때문인데, 10,000 mAh = 10 Ah입니다.

 

보조배터리로 스마트폰을 충전할 때 실제로 완충할 수 있는 횟수를 생각해 봅시다. 10,000 mAh 용량의 보조배터리는 3.7V의 전압을 가지므로, 실제로 저장된 전력량은 37 Wh입니다. 스마트폰의 배터리 용량은 5,000 mAh, 전압은 5V이므로 완충하려면 약 25 Wh의 전력량이 필요합니다.

 

게다가 일반적으로 스마트폰은 5V로 전력을 입력받기 때문에, 3.7V를 5V로 변환하는 과정이 추가되어야 합니다. 이러한 승압 과정에서 약 10~20%의 손실이 발생하여 실제 사용 가능한 에너지는 30 Wh 정도로 감소하기 때문에, 이 경우 10,000 mAh 보조배터리로 5,000 mAh의 스마트폰을 1.2회 정도 완충할 수 있다는 것을 알 수 있습니다.

	보조배터리	스마트폰
배터리 용량	10,000 mAh	5,000 mAh
전압	3.7V	5V
전력량	37 Wh ( = 10,000 mAh × 3.7V / 1,000 )	25 Wh ( = 5,000 mAh × 5V / 1,000 )
충전 과정	① 보조배터리의 전압 변환 회로를 통해 3.7V를 5V로 승압 ② 승압 과정에서 20%의 손실이 발생 → 보조배터리의 전력량이 약 30 Wh ( = 37 Wh × 0.8 ) 로 감소 ③ 전력량이 25 Wh인 스마트폰를 1.2회 ( = 30 Wh / 25 Wh ) 완충 가능

* 쉽게 이해하기 위한 계산으로, 구체적인 수치가 실제와는 다를 수 있습니다.

즉, 보조배터리의 mAh만 보고 단순히 몇 번 충전할 수 있을지를 계산하면 실제보다 더 많이 충전할 수 있을 거라고 착각할 수 있습니다. 보조배터리의 Wh(와트시)와 변환 손실까지 고려해야 정확한 충전 횟수를 예측할 수 있으니 주의하세요!

▲ 보조배터리 충전 속도: 최대 입력과 최대 출력(W)

하지만 보조배터리의 용량이 단순히 크다고 해서 보조배터리로 전자기기를 충전하는 속도가 빠른 것은 아닙니다. 보조배터리로 전자기기를 충전하는 속도가 얼마나 빠를지 확인하기 위해서는 전력으로 표기되는 보조배터리의 최대 출력을 확인해야 합니다.

 

전력 [단위: W]

• 단위 시간당 전달되는 전력량을 나타내는 물리량으로, 전력(W) = 전압(V) × 전류(A)로 계산함
• 전압이 높을수록, 전류가 클수록 같은 시간 동안 더 많은 전력을 공급할 수 있음
• W(와트) 단위로 표기됨

예를 들어, 보조배터리의 스펙에 써져 있는 "5V 3A"와 같은 표현은 5V의 전압에서 3A의 전류가 흐를 수 있으며, 15W ( = 5V × 3A )의 전력이 전달된다는 의미입니다.

보조배터리의 상세 스펙 예시 (출처: Anker)

 

보조배터리의 '입력(Input)'이 클수록 보조배터리를 충전하는 속도가 빠릅니다. 즉, 9V 2A(18W) 입력을 지원하는 보조배터리는 5V 2A(10W) 입력을 지원하는 보조배터리보다 더 빠르게 완충됩니다.

마찬가지로, 보조배터리의 '출력(Output)'이 클수록 보조배터리를 이용하여 전자기기를 더 빠르게 충전할 수 있습니다. 위 사진에서는 충전하려는 전자기기가 5V로 입력받는다면 최대 15W, 9V로 입력받는 고속 충전을 지원한다면 최대 20W로 보조배터리가 전력을 출력할 수 있음을 의미합니다.

특히 최신 스마트폰은 초고속 충전이 가능한 경우가 있기 때문에, 15V 3A 또는 10V 4.5A 조합으로 45W 충전까지도 지원합니다. 보조배터리로 스마트폰을 빠른 속도로 충전하고 싶다면 보조배터리의 최대 출력을 확인해보아야 합니다. 또 노트북을 충전하고자 한다면 일반적으로 65W 이상의 출력이 가능한 보조배터리를 선택해야 합니다.

※ (주의사항) ¹출력이 높아도, 전자기기가 지원하지 않으면 최대 속도로 충전되지 않습니다. ²고출력 충전을 원한다면, 해당 전류량을 견딜 수 있는 고품질 충전 케이블을 함께 사용해야 합니다.

 

5. 보조배터리 사용 시 주의해야 할 점

보조배터리로 인한 화재 사고는 빈번하게 발생합니다. 특히 최근 항공기 내 보조배터리 화재 사고*가 이슈되며 보조배터리의 위험성에 대한 경각심이 높아지고 있습니다. 리튬 이온 전지는 저장할 수 있는 전력이 동일 면적 대비 높지만, 충격이나 과열로 급격한 온도 상승이 일어나거나 불이 붙을 수 있기 때문입니다.

* 2025년 1월, 김해국제공항에서 홍콩으로 출발 예정이던 에어부산 항공기에서 이륙 준비 중 기내 선반에 보관된 보조배터리에서 화재가 발생하였음

보조배터리 폭발 사고 잔해(좌)와 타버린 차량 일부(우) (출처: 연합뉴스)

 

안전하게 보조배터리를 사용하기 위해 지켜야 할 수칙을 소개합니다:

• 충전 상태 확인: 보조배터리를 과충전 하거나 완전 방전 상태로 두지 않도록 주의합니다. 보조배터리에 과충전 방지 회로가 내장되어 있는지 살펴봅시다.
• 외부 충격 방지: 보조배터리에 강한 충격을 가하지 않도록 주의하며, 금속 물질과의 접촉을 피하기 위해 별도의 파우치에 보관하는 것이 좋습니다.
• 인증된 정품 사용: 국가 인증 마크*가 표시된 정품 보조배터리를 사용하고, 임의로 분해하거나 개조하지 않습니다.
  * 우리나라에서는 ‘KC 인증 마크(Korea Certification mark)’가 있는 제품만 유통·판매됨
• 사용 환경 관리: 고온의 환경을 피하고, 직사광선이 닿는 곳에 보관하지 않습니다.
• 올바른 폐기: 리튬 이온 배터리는 일반 쓰레기로 버릴 수 없으며, 지정된 수거함에 배출합니다.

▲ 보조배터리 기내 반입 규정

최근 발생한 항공기 화재 사건의 여파로, 국토교통부는 2025년 3월 1일부터 보조배터리 기내 반입과 관련하여 다음과 같이 강화된 항공 안전 규정을 시행할 계획입니다:

• 100 Wh 이하의 배터리: 최대 5개까지 휴대 가능하나, 단락 방지 조치를 해야 합니다.
• 100 Wh 초과 160 Wh 이하의 배터리: 항공사 승인을 받고 최대 2개까지 휴대 가능하며, 마찬가지로 단락 방지 조치를 해야 합니다.
• 160 Wh 초과의 배터리: 수량과 무관하게 기내 반입이 금지됩니다.
• 배터리 보관 장소는 기내 선반이 아닌, 좌석 앞주머니에 보관하거나 핸드캐리(탑승자가 몸에 지닐 것) 해야 합니다.

앞에서 살펴본 것처럼, 보조배터리는 대부분 mAh 단위로만 배터리 용량을 표기하기 때문에, 내가 비행기에 반입하고자 하는 보조배터리의 용량을 Wh로 알기 위해서는 리튬 이온 전지의 전압(3.7 V)을 곱하여 계산해야 합니다.

• 10,000 mAh 용량의 보조배터리: 37 Wh
• 20,000 mAh 용량의 보조배터리: 74 Wh

일반적으로 많이 사용하는 보조배터리는 대체로 100 Wh 이하이니, 단락 방지 조치만 잘하면 되겠죠?

강한 충격으로 리튬 이온 전지의 두 전극이 직접 접촉하거나, 동전 등 다른 금속 물질과 접촉하여  단자가 훼손되면 단락이 일어나 의도하지 않은 경로로 과도한 전류가 흘러 사고로 이어지기 쉽습니다. 단락을 방지하기 위해서는 개별 보조배터리를 비닐봉투 또는 보호용 파우치에 넣거나, 충전 단자에 다른 금속 등이 붙지 않도록 테이프를 붙이거나 보호용 캡을 끼우면 됩니다.

보조배터리 기내 반입 시 단락 방지 조치 방법 (출처: 국토교통부)

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배터리는 무한한 에너지를 제공하는 마법의 도구가 아닙니다. 우리가 사용하는 전력은 결국 배터리 내부에서 저장되고 변환되는 전기화학적 반응의 결과물이죠. 그렇지만 제대로 관리하지 않으면 성능 저하는 물론, 안전 문제까지 초래할 수 있습니다.

따라서 보조배터리를 선택할 때도 단순히 용량이 크다는 이유만으로 고를 수는 없습니다. 나의 사용 패턴에 맞는 제품을 신중히 선택하는 것이 중요합니다. 보조배터리를 오래, 그리고 안전하게 사용하려면 리튬 이온 전지의 구조와 충전-방전 원리를 이해하는 것이 도움이 됩니다.

어쩌면 사소해 보이는 보조배터리 하나지만, 그 속에 담긴 과학을 알고 올바르게 활용하는 것이야말로 현명한 소비의 시작 아닐까요?

참고자료

• The Limiting Factor @ YouTube, How a Lithium Ion Battery Actually Works, https://www.youtube.com/watch?v=4-1psMHSpKs
• LG에너지솔루션 배터리인사이드, 「리튬이온의 출퇴근 수단, 전해질」, https://inside.lgensol.com/2022/02/%EB%A6%AC%ED%8A%AC%EC%9D%B4%EC%98%A8%EC%9D%98-%EC%B6%9C%ED%87%B4%EA%B7%BC-%EC%88%98%EB%8B%A8-%EC%A0%84%ED%95%B4%EC%A7%88/
• 포스코 뉴스룸, 「꿈의 배터리라 불리는 전고체전지의 미래」, https://newsroom.posco.com/kr/%EC%95%8C%EA%B8%B0-%EC%89%AC%EC%9A%B4-%EC%9D%B4%EC%B0%A8%EC%A0%84%EC%A7%80%EC%86%8C%EC%9E%AC-%EC%9D%B4%EC%95%BC%EA%B8%B0-%EA%BF%88%EC%9D%98-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC%EB%9D%BC-%EB%B6%88%EB%A6%AC/

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Q. 보조배터리 구매할 때 꼭 확인해야 하는 스펙은?
A. 보조배터리의 용량은 mAh(밀리암페어시) 단위로 표기됩니다. 하지만 같은 mAh라도 전압(V)에 따라 실제 저장된 에너지가 달라질 수 있습니다. 특히 리튬 이온 전지의 경우 전압이 평균적으로 3.7V이므로, 실제 전력량을 알기 위해서는 주어진 전류량(mAh)에 전압(V)을 곱해 전력량(Wh, 와트시)으로 변환해 주어야 합니다.​ 참고로, 비행기 기내 수하물 반입 가능 여부도 전력량(Wh)을 기준으로 정해지므로, 여행 시에는 해당 기준을 확인하는 것이 필요합니다.

Q. 폭발 위험? 보조배터리를 안전하게 사용하기 위해서는?
A. 리튬 이온 전지로 구성된 보조배터리는 저장할 수 있는 전력이 동일 면적 대비 높다는 장점을 자랑합니다. 하지만 충격이나 과열로 인해 리튬 이온 전지의 분리막이 붕괴되고 양극과 음극이 직접 접촉(단락, short circuit)되면, 불이 붙고 급격한 온도 상승이 일어날 수 있습니다. 특히 강한 외부 충격이 가해지면 내부 물질이 가연성·독성 가스로 바뀌거나 폭발할 우려가 있습니다. 따라서 보조배터리에 과충전 방지 회로가 있는지 확인하고, 배터리가 팽창하는 등 이상 증상이 보이면 즉시 사용을 중단해야 합니다.

 

연관 전공	재료공학부, 신소재공학부, 전기전자공학부, 에너지공학과, 미래자동차공학과, 화학공학과
관련 교과	「통합과학1」 1. 과학의 기초, 2. 물질과 규칙성 「통합과학2」 1. 변화와 다양성 「과학탐구실험2」 1. 생활 속의 과학 탐구 「물리학」 2. 전기와 자기 「화학」 1. 화학의 언어, 3. 화학 평형 「전자기와 양자」 1. 전자기적 상호작용 「화학 반응의 세계」 2. 산화·환원 반응

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