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'배터리 전해액 황산농도'
황산의 빙점이 중요하다.
축전지의 황산 주입(만충) 농도는 37.050% 이고 비중으로는 1.280 이다.
배터리의 충전용량 27%가 되는 즉 황산농도 10% 가 되고, 전해액이 -4℃에 빙결된다.
만충시에는 -45℃에서 빙결된다.순수 황산(H₂SO₄)의 빙점은 약 10.4°C다. 이 온도 이하에서 황산은 고체 상태로 변하며, 얼어붙게 된다.
전해질 농도와 빙점에 관한 내용
"Physical Chemistry" by Peter Atkins and Julio de Paula에서 "The Properties of Solutions" 와 "Phase Diagrams and Thermodynamics of Phase Transitions"
The Properties of Solutions
이 섹션에서는 전해질의 농도와 빙점에 대한 화학적 성질을 다룬다. 전해질의 농도가 높아질수록, 즉 황산 농도가 높아질수록 물의 빙점은 낮진다. 이는 전해질이 물의 분자들과 상호작용하여 물의 결정 구조를 방해하게 되어 물의 빙점이 낮아지는 것이다.
Phase Diagrams and Thermodynamics of Phase Transitions
이 섹션에서는 상전이와 상역도에 대해 설명이다. 상역도는 특정 온도와 압력에서 다양한 상태(고체, 액체, 기체)가 안정적인지를 나타내는 도표다. 상전이는 한 상태에서 다른 상태로 변하는 과정을 의미하며, 이 과정은 열역학적인 기준에 따라 설명된다. 예를 들어, 물의 빙점은 압력에 따라 변화하며, 이는 상역도에서 나타낸다.리튬이온(Li⁺)의 농도와 전자의 이동
리튬이온 배터리의 경우, 방전과 충전 과정에서 주요하게 변하는 것은 리튬이온(Li⁺)의 농도와 전자의 이동입니다. 이 과정에서 전해질의 화학적 조성은 비교적 일정하게 유지됩니다.
리튬 이온 농도: 방전 시 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동하고, 충전 시 음극에서 양극으로 이동합니다. 이로 인해 전해질 내 리튬 이온의 농도가 변화합니다.
전자의 이동: 리튬 이온의 이동과 함께 전자는 외부 회로를 통해 이동하며 전기를 생성하거나 저장합니다.
따라서, 황산 농도가 변하는 것이 아니라 리튬 이온의 농도와 전자의 양이 변하는 것입니다. 황산 농도는 리튬이온 배터리와 직접적으로 관련이 없으며, 전해질의 주요 성분은 보통 리튬 염(LiPF6 등)과 유기 용매로 구성됩니다.충전 과정:
양극 (음극으로부터):
충전 시, 리튬이온이 음극(보통 흑연)에서 탈리되며 전해질을 통해 양극(리튬 금속 산화물)으로 이동합니다.
전자는 외부 전기회로를 통해 음극에서 양극으로 이동합니다.
양극:
양극에서는 리튬 이온이 수용되고, 전자는 양극 물질의 구조 내로 삽입됩니다.
이 과정에서 리튬 이온은 양극 내의 금속 산화물과 결합하여 리튬 금속 산화물(LiCoO₂, LiFePO₄ 등)의 형태로 저장됩니다.
방전 과정:
양극 (양극으로부터):
방전 시, 리튬이온이 양극에서 탈리되며 전해질을 통해 음극으로 이동합니다.
전자는 외부 전기회로를 통해 양극에서 음극으로 이동합니다.
음극:
음극에서는 리튬 이온이 수용되며, 전자는 음극 물질의 구조 내로 삽입됩니다.
이 과정에서 리튬 이온은 음극 내의 흑연과 결합하여 LiC₆ 형태로 저장됩니다.리튬이온(Li⁺)의 빙점
리튬 이온(Li⁺) 자체의 빙점은 물질 자체의 성질에 따라 달라질 수 있지만, 이온 형태로 존재하는 리튬 이온의 빙점에 대해서는 정의된 값이 없습니다. 대신, 리튬 이온이 포함된 용액(예: 전해질)의 빙점은 전해질의 농도와 용매에 따라 결정됩니다.
리튬이온 배터리의 전해액은 일반적으로 유기 용매와 리튬 염(LiPF₆ 등)을 포함하며, 이 혼합물의 빙점은 보통 -20°C에서 -30°C 사이입니다.충전 상태:
충전 시, 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동합니다.
전해액 내 리튬 이온의 농도가 증가합니다.
높은 농도의 리튬 이온은 전해질의 빙점을 낮추는 데 기여할 수 있습니다.
방전 상태:
방전 시, 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동합니다.
전해액 내 리튬 이온의 농도가 감소합니다.
리튬 이온 농도가 낮아지면, 전해질의 빙점이 높아질 수 있습니다.
예를 들어, 충전된 상태에서 전해질의 농도가 높아지기 때문에 빙점이 더 낮아질 수 있으며, 방전된 상태에서는 농도가 낮아져 빙점이 상대적으로 높아질 수 있습니다.