건전지의 과거, 현재, 미래를 조명 하다.

건전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장하고 제공하는 장치입니다.
이러한 장치는 일반적으로 전기를 필요로하는 다양한 기기들에 전원을 공급하는 데 사용됩니다.

건전지는 일반적으로 금속 산화물과 환원제로 구성된 화학 반응에 의해 작동합니다.
이 반응은 양극과 음극 사이의 전기적인 차이를 생성하며, 전기를 흡수하거나 방출하여 전기 에너지를 저장하거나 공급합니다.

가상 이미지 건전지

일반적인 건전지의 구성 요소는 양극(positive electrode), 음극(negative electrode), 전해질(electrolyte), 그리고 외부를 차단하는 외피로 이루어져 있습니다. 양극과 음극은 전해질을 통해 연결되어 있으며, 전해질은 이온을 전도하여 양극과 음극 사이에서 전기적인 반응을 일으킵니다.

일반적으로 사용되는 건전지의 종류에는 알카리 건전지, 리튬 이온 건전지, 납산 건전지 등이 있습니다.
각각의 건전지는 다른 화학 반응과 재료를 사용하여 전기 에너지를 생성하며, 크기와 용도에 따라 다양한 종류의 건전지가 제공됩니다.

배터리의 역사는 수천 년 전으로 거슬러 올라가며 다양한 기술의 발전과 발견을 포함합니다.

건전지 아이콘

다음은 배터리의 역사에 대한 간략한 개요입니다.

배터리와 유사한 장치의 가장 초기 증거는 고대로 거슬러 올라갑니다.
1938년 고고학자들은 이라크에서 약 2,000년 된 것으로 추정되는 바그다드 포대를 발견했습니다.
고대는 점토 항아리, 철 막대 및 구리 실린더로 구성되었으며 아마도 전기 도금 또는 의료 목적으로 사용되었습니다.

1800년 이탈리아의 물리학자 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)는 "볼타 전지" 또는 "볼타 전지"라고도 하는 "볼타 전지"를 발명했습니다. 그것은 최초의 진정한 배터리였으며 소금물에 적신 판지로 분리된 아연과 구리 디스크의 교번 층으로 구성되었습니다. 이 발명은 현대 배터리 기술의 시작을 알렸습니다.

1836년에 John Frederic Daniell이라는 영국 화학자가 볼타의 디자인을 개선한 다니엘 전지를 발명했습니다.
Daniell 셀은 황산구리 용액과 아연 전극을 사용하여 수소 가스 형성을 줄이고 보다 안정적이고 오래 지속되는 전기 출력을 허용했습니다.
그로브 셀과 분젠 셀: 19세기 중반에 두 가지 주목할 만한 발전이 더 일어났습니다. 1839년 William Robert Grove는 백금 및 아연 전극을 사용하여 Daniell 전지의 개선된 버전인 Grove 전지를 개발했습니다. 거의 같은 시기인 1843년에 로버트 분젠은 백금 대신 탄소 전극을 사용한 분젠 전지를 발명했습니다.

1859년 프랑스의 물리학자 Gaston Planté는 최초의 실용적인 충전식 배터리인 납축전지를 개발했습니다.
그것은 납 양극, 이산화 납 음극 및 황산 전해질로 구성되었습니다.
납산 배터리는 초기 전기 자동차를 포함한 다양한 응용 분야에서 널리 사용되었습니다.

1899년 Waldemar Jungner라는 스웨덴 엔지니어가 니켈-카드뮴(NiCd) 배터리를 발명했습니다.
Waldemar Jungner는 수산화칼륨 전해질과 함께 니켈 산화물 수산화물 및 카드뮴 전극을 사용했습니다.
NiCd 배터리는 더 높은 에너지 밀도를 제공하고 재충전이 가능하여 휴대용 장치 및 초기 무선 도구에 널리 사용되었습니다.

20세기 내내 배터리 기술은 계속해서 발전했습니다.
1957년 Lewis Urry의 알카라인 배터리 도입, 1970년대와 1980년대 M. Stanley Whittingham, John B. Goodenough, Akira Yoshino의 리튬 배터리 개발, 리튬 이온 배터리의 상용화 등이 있습니다.

오늘날 리튬 이온, 납축전지, NiMH(니켈 금속 수소화물) 및 고체 배터리를 비롯한 다양한 유형의 배터리를 사용할 수 있습니다. 이 배터리는 스마트폰과 노트북에서 전기 자동차와 재생 에너지 시스템에 이르기까지 다양한 장치에 전원을 공급합니다.
지속적인 연구 개발은 배터리 성능, 에너지 밀도, 안전성 및 지속 가능성을 개선하는 데 중점을 두고 있습니다.

이 개요는 주요 이정표를 강조하면서 배터리의 역사에 대한 단순화된 설명을 제공한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

배터리 기술 분야는 광범위하며 새로운 발견과 혁신으로 계속 발전하고 있습니다.

연구원과 과학자들이 배터리 성능, 안전성 및 지속 가능성을 개선하기 위해 새로운 기술과 재료를 계속 탐색함에 따라 배터리의 미래는 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

다음은 배터리 기술의 몇 가지 핵심 개발 영역과 새로운 트렌드입니다.

미래건전지 예상도

리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 주기 수명으로 인해 소비자 가전 및 전기 자동차 시장을 지배해 왔습니다.
지속적인 연구는 용량 증가, 비용 절감 및 안전성 향상을 목표로 합니다.
혁신에는 실리콘 기반 양극, 고체 상태 전해질, 인산철리튬(LiFePO4)과 같은 개선된 음극 재료의 개발이 포함됩니다.

고체 배터리는 기존 배터리의 액체 전해질을 고체 전해질로 대체하는 유망한 기술입니다.
더 높은 에너지 밀도, 향상된 안전성, 더 빠른 충전 및 더 긴 수명과 같은 이점을 제공합니다.연구 노력은 고체 배터리의 성능을 향상시키고 상업적으로 실행 가능하도록 제조 문제를 해결하는 데 중점을 둡니다.

리튬 이온 배터리가 시장을 지배하는 동안 대체 배터리 화학 물질이 탐색되고 있습니다.
여기에는 리튬-황(Li-S), 리튬-공기(Li-Air), 나트륨-이온(Na-ion) 및 다양한 리튬 이후 기술이 포함됩니다.
이러한 대안은 더 높은 에너지 밀도, 더 낮은 비용, 더 풍부하고 지속 가능한 재료의 사용에 대한 잠재력을 가지고 있습니다.

태양광 및 풍력과 같은 재생 가능 에너지원이 점점 널리 보급됨에 따라 수요와 공급의 균형을 맞추기 위한 효율적인 에너지 저장 시스템에 대한 필요성이 커지고 있습니다. 잉여 에너지를 저장했다가 필요할 때 전달하여 화석 연료 발전소에 대한 의존도를 줄이고 그리드 안정성을 개선하기 위해 대규모 배터리 시스템이 개발되고 있습니다.

전기 자동차의 충전 시간 단축 요구를 해결하기 위해 급속 충전 기술이 추진되고 있습니다.
재료 및 배터리 아키텍처의 발전으로 배터리 수명에 미치는 영향을 최소화하면서 더 빠른 충전이 가능해졌습니다.
또한 슈퍼커패시터와 같은 초고속 에너지 저장 시스템은 회생 제동 및 에너지 집약적인 산업 공정과 같은 애플리케이션에 빠른 전력 공급을 제공하기 위해 개발되고 있습니다.

배터리 기술의 지속 가능성에 대한 추진에는 환경 영향을 줄이는 배터리 개발이 포함됩니다. 여기에는 보다 풍부하고 친환경적인 재료의 사용, 재활용 및 용도 변경 이니셔티브, 폐기물을 최소화하기 위한 배터리의 전체 수명 주기 개선이 포함됩니다.

배터리는 새로운 기술을 강화하고 발전을 가능하게 하기 위해 다양한 분야에 통합되고 있습니다.
여기에는 웨어러블 장치, 사물 인터넷(IoT) 장치, 전기 항공기 및 우주 탐사 임무가 포함됩니다.
배터리 기술은 이러한 애플리케이션의 특정 요구 사항에 따라 계속 발전할 것입니다.

획기적인 발전과 발전이 종종 예기치 않게 발생하기 때문에 배터리의 정확한 미래를 예측하는 것은 어렵습니다.

미래는 휴대용 전원, 전기 운송 및 재생 에너지 통합에 대한 수요 증가를 충족하기 위해 에너지 저장 기술을 개선하는 데 지속적인 연구 개발 노력이 집중되고 있습니다.