배터리 이야기 🔋
장난감, 리모컨, 휴대폰… 전기를 들고 다닐 수 있게 해 주는 배터리! 안에 무엇이 들어 있는지, 어떤 종류가 있는지, 그리고 하얀 가루가 생겼을 때 어떻게 청소하는지 배워 봐요.
① 배터리 속 탐험 — 화학이 전기로!
배터리 안에는 서로 다른 두 가지 재료와 그 사이를 채운 전해질이 들어 있어요. 한쪽 재료는 전자를 내놓고 싶어 하고, 다른 쪽은 전자를 받고 싶어 해요. 전선으로 두 극을 이어 주면 전자가 전선을 따라 이동하면서 전기가 흘러요. 이렇게 화학 에너지 → 전기 에너지로 바뀌는 거예요.
알카라인 건전지 해부도
그림 속 부분이나 아래 이름표를 눌러 보세요. "전선 연결"을 누르면 전자가 움직여요.
🍋 레몬·감자로 배터리 만들기
레몬에 아연 도금 못(−)과 구리 동전(+)을 꽂으면 진짜 배터리가 돼요! 레몬즙이 전해질 역할을 하거든요. 하나에 약 0.9V밖에 안 나와서, LED를 켜려면 여러 개를 직렬로 이어야 해요.
과일 전지 몇 개면 LED가 켜질까?
🧪 부모님과 실험할 때: 아연 도금 못 + 구리선(또는 10원 동전), 악어 클립 전선, 빨간 LED. 실험한 레몬·감자는 먹지 말고 버려요.
Zn + 2OH⁻ → ZnO + H₂O + 2e⁻양극(환원):
2MnO₂ + H₂O + 2e⁻ → Mn₂O₃ + 2OH⁻전해질은 KOH 수용액(강알칼리)이며, 분리막은 이온(OH⁻)은 통과시키고 전자는 막아 내부 단락을 방지합니다. 외부 회로로는 전자가 (−)→(+)로, 관습 전류는 (+)→(−)로 흐릅니다. 레몬 전지의 기전력은 Zn/Cu 전극 전위차(이론상 약 1.1V)에서 분극·내부저항으로 0.8~1.0V 정도로 측정되며, 내부저항이 수 kΩ 수준이라 전류는 1mA 미만입니다.
② 배터리 종류 — 누가 누구일까?
카드를 눌러 각 배터리의 전압, 크기, 쓰는 곳, 충전 가능 여부, 버리는 방법을 알아봐요.
크기 비교 (실제 비율)
같은 1.5V라도 크기가 클수록 안에 재료가 많아서 더 오래 가요. 전압은 크기와 상관없어요!
| 규격 | 다른 이름 | 크기(지름×길이) | 알카라인 용량(대략) |
|---|---|---|---|
| AAA | LR03 (소형) | 10.5 × 44.5 mm | 1,000~1,200 mAh |
| AA | LR6 (가장 흔한 크기) | 14.5 × 50.5 mm | 2,000~2,900 mAh |
| C | LR14, 중형 | 26.2 × 50 mm | 약 7,000 mAh |
| D | LR20, 대형 | 34.2 × 61.5 mm | 약 12,000 mAh |
| 9V | 6LR61 (6F22) | 26.5 × 17.5 × 48.5 mm | 약 500 mAh |
| CR2032 | 코인(단추)형 리튬 | 20 × 3.2 mm | 약 220 mAh (3V) |
용량은 제조사와 사용 조건(전류, 온도)에 따라 크게 달라지는 대략적인 값이에요.
③ mAh = 물통 크기
배터리에 적힌 mAh(밀리암페어시)는 전기를 얼마나 많이 담고 있는지 알려 주는 숫자예요. 장난감이 1시간 동안 1mA씩 쓰면 1mAh를 쓴 거예요.
배터리 얼마나 갈까? 계산기
④ 직렬·병렬 조합 만들기
🪜 직렬 (줄줄이)
+극에 다음 배터리의 −극을 이어요. 전압이 더해져요. 계단을 쌓아 더 높이 올라가는 것처럼, 미는 힘이 세져요. 대부분의 장난감이 이 방법이에요.
🛁 병렬 (나란히)
+는 +끼리, −는 −끼리 이어요. 전압은 그대로, 용량이 더해져요. 물통 여러 개를 옆으로 연결한 것처럼 더 오래 가요.
배터리 조합 빌더
E = nE₀, 용량 C₀, 내부저항 nr · m병렬: E = E₀, 용량 mC₀, 내부저항 r/m · 에너지는 어느 쪽이든 n·m·E₀·C₀.
직렬에서 용량이 적은 셀이 먼저 바닥나면 나머지 셀 전류에 의해 역충전되어 누액·발열이 생길 수 있어 새것·헌것 혼용을 금지합니다. 병렬은 전압이 다른 셀을 연결하는 순간 큰 순환전류가 흐르므로 같은 상태의 셀만 연결해야 하며, 리튬이온 팩(예: 3S2P)은 반드시 셀 밸런싱·보호회로(BMS)를 갖춰야 합니다.
⑤ 배터리 안전 약속
🎓 병원 도착 전 조치로 만 1세 이상·삼킨 지 12시간 이내일 때 꿀 10mL를 10분 간격으로 주는 방법이 해외 지침(미국 중독정보센터)에 있지만, 반드시 119·의료진 안내에 따르고 병원 이송을 늦추지 마세요.
❌ 1회용 건전지를 충전하기 — 가스가 차서 새거나 터질 수 있어요
❌ 주머니 속 동전·열쇠와 같이 넣기 (특히 9V 전지는 두 단자가 붙어 있어 합선 → 뜨거워짐)
❌ 배터리를 불에 넣거나, 깨물거나, 분해하기
⭐ 배터리 누액·녹 해결 가이드 👨👧 어른과 함께
오랫동안 안 쓴 리모컨이나 장난감을 열었더니 하얀 가루, 솜털 같은 결정, 초록·갈색 녹이 보인다면? 배터리 속 전해질이 새어 나온 누액이에요. 겁먹지 말고 순서대로 청소하면 대부분 다시 살아나요!
1. 어떤 누액인지 먼저 알아보기
알카라인 · 니켈수소
리모컨, 장난감, 시계의 AA·AAA 건전지. 하얀 솜털·가루·결정 (공기와 만나 생긴 탄산칼륨)
중화: 🍋 식초 또는 레몬즙 (약한 산)
납축전지
자동차, 유아 전동차, UPS. 단자에 하얀색·청록색 가루 (황산이 금속과 반응한 것)
중화: 🧂 베이킹소다 물 (약한 염기) — 어른만!
리튬이온 · 리튬 코인
휴대폰, 충전식 장난감. 부풀음, 열, 달콤한 용제 냄새
닦지 말고 사용 중단 → 수리점·수거함
2. 따라 하며 체크하는 청소 순서
누액 청소 체크리스트
0 / 0 완료
3. 게임: 어떤 누액일까?
중화제 골라 주기
1 / 6
4. 재발 방지 팁
- 한 달 이상 안 쓸 장난감·리모컨은 배터리를 빼서 보관해요.
- 배터리는 한꺼번에, 같은 종류·같은 브랜드·같은 날짜로 교체해요.
- 다 쓴 건전지를 기기 안에 두지 말아요 — 완전히 방전된 전지가 가장 잘 새요.
- 덥고 습한 곳(여름철 자동차 안, 욕실)에 두지 않아요.
- 자주 쓰는 모터 장난감에는 누액이 거의 없는 니켈수소 충전지도 좋아요.
- 유통기한이 지난 배터리는 쓰지 말고 수거함으로!
🎓 전지 화학 기초 🔴 전문가
| 구분 | 정의 | 예 | 공칭 전압 |
|---|---|---|---|
| 1차 전지 | 방전 반응이 비가역, 충전 불가 | 망간, 알카라인, 리튬 1차(CR2032, 이산화망간리튬) | 1.5V / 3.0V |
| 2차 전지 | 가역 반응, 충전으로 재사용 | 납축, NiCd, NiMH, 리튬이온(LCO·NMC·LFP) | 2.0V/셀 · 1.2V · 3.6~3.7V(LFP 3.2V) |
기전력 E는 두 전극의 전극전위 차이로 정해지는, 전류가 흐르지 않을 때의 전압(개방전압에 가까움)입니다. 전류 I가 흐르면 내부저항 r에서 전압이 떨어져 단자전압 V가 작아집니다.
내부저항 체험 — 부하를 걸면 전압이 떨어진다
💡 멀티미터로 재면 1.4V인데 장난감에 넣으면 안 움직이는 "가짜 새 배터리" — 개방전압은 괜찮아도 내부저항이 커서 부하가 걸리면 전압이 푹 꺼지는 경우예요.
자기방전 (가만히 둬도 줄어드는 양, 상온 대략값)
| 전지 | 자기방전 | 비고 |
|---|---|---|
| 알카라인 | 연 2~3% | 보관 수명 5~10년 |
| 리튬 1차 (CR2032) | 연 1% 내외 | 보관 수명 ~10년 |
| NiMH (일반형) | 월 15~30% | 저자기방전(LSD)형은 1년 후 70~85% 유지 |
| 리튬이온 | 월 2~3% (+보호회로 소비) | 장기 보관은 40~60% 충전 상태로 |
| 납축전지 | 월 3~5% | 방전 방치 시 황산화(설페이션)로 영구 손상 |
C-rate (충·방전 속도)
1C는 정격 용량을 1시간에 충전·방전하는 전류입니다. 2,000mAh 셀에서 1C = 2A, 0.5C = 1A(약 2시간), 2C = 4A(약 30분).
C-rate 계산기
- 종지전압: 방전을 멈춰야 하는 전압 — 알카라인 약 0.9V, NiMH 약 1.0V, 리튬이온 약 2.5~3.0V(과방전 시 구리 용출로 영구 손상).
- 리튬이온 충전: CC-CV(정전류 → 4.2V 정전압), 일반적으로 0.5~1C, 0℃ 이하 충전 금지(리튬 석출).
- 메모리 효과: NiCd에서 두드러지며 NiMH는 경미, 리튬이온은 거의 없음.