5단원 · 🟢 새싹 🟡 탐험가 ✅ 아이 혼자 가능 👨‍👧 누액 청소는 어른과 함께

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.

줄다리기 친구 비유 (−)극의 아연은 "전자 줄게!" 하는 친구, (+)극의 이산화망가니즈는 "전자 줘!" 하는 친구예요. 둘 사이에 벽(분리막)이 있어서 직접 건네줄 수 없으니, 전자는 바깥 전선을 빙 돌아 장난감을 지나서 건너가요. 그 길에서 전구도 켜고 모터도 돌려요!

알카라인 건전지 해부도

그림 속 부분이나 아래 이름표를 눌러 보세요. "전선 연결"을 누르면 전자가 움직여요.

전자 e⁻ →→ − + ▲ 반으로 자른 단면 (가운데 줄 = 음극, 위아래 검은 띠 = 양극)

🍋 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?

1 개
0.9 V전체 전압
💤빨간 LED

🧪 부모님과 실험할 때: 아연 도금 못 + 구리선(또는 10원 동전), 악어 클립 전선, 빨간 LED. 실험한 레몬·감자는 먹지 말고 버려요.

심화: 알카라인 전지의 반응 음극(산화): 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!

규격다른 이름크기(지름×길이)알카라인 용량(대략)
AAALR03 (소형)10.5 × 44.5 mm1,000~1,200 mAh
AALR6 (가장 흔한 크기)14.5 × 50.5 mm2,000~2,900 mAh
CLR14, 중형26.2 × 50 mm약 7,000 mAh
DLR20, 대형34.2 × 61.5 mm약 12,000 mAh
9V6LR61 (6F22)26.5 × 17.5 × 48.5 mm약 500 mAh
CR2032코인(단추)형 리튬20 × 3.2 mm약 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.

물통과 수도꼭지 배터리는 물통, mAh는 물통 크기, 장난감이 쓰는 전류(mA)는 수도꼭지를 튼 양이에요. 물통이 크고 꼭지를 조금만 틀면 오래오래 가겠죠? 시계는 꼭지를 아주 조금, 모터 자동차는 콸콸 틀어요!

배터리 얼마나 갈까? 계산기



2500
200
2500 mAh 200 mA
12.5 시간계산값 (용량 ÷ 전류)
약 9 시간현실 예상

사용 시간(h) ≈ 용량(mAh) ÷ 전류(mA)예: 2,000 mAh ÷ 200 mA = 10시간
심화: 용량은 고정값이 아니다 정격 용량은 특정 방전 조건(예: 알카라인 AA는 수~수십 mA 저부하, 종지전압 0.8~0.9V)에서 측정됩니다. 고전류로 쓰면 내부저항 손실과 분극 때문에 꺼내 쓸 수 있는 용량이 줄어요(Peukert 효과 — 납축전지에서 두드러지고, 알카라인은 1A급 부하에서 용량이 절반 이하로 떨어지기도 함). 니켈수소·리튬이온은 고전류에서도 용량 유지가 좋아 모터 장난감에 유리합니다. 배터리끼리 비교할 때는 전압까지 곱한 에너지 Wh = V × Ah가 더 공정해요(3.7V 3,000mAh = 11.1Wh).

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

2 개
3.0 V전체 전압
2500 mAh전체 용량
3.8 Wh에너지

심화: 직·병렬 합성과 주의점 n직렬: 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

코인전지(단추 전지)를 삼켰다면 — 즉시 119, 응급실로! CR2032 같은 동전 모양 리튬 전지는 목이나 식도에 걸리면 2시간 안에도 전기 반응으로 몸 안에 심한 화상을 낼 수 있어요. 아무 증상이 없어 보여도 삼킨 것 같으면 바로 119에 전화하고 응급실로 가세요. 억지로 토하게 하지 마세요. 코인전지는 아이 손이 닿지 않는 곳에 보관하고, 전지 뚜껑이 나사로 잠기는 제품을 고르세요.
🎓 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.
리튬이온 배터리가 부풀거나 뜨거우면 — 사용 중단! 휴대폰·태블릿·충전식 장난감 배터리가 빵빵하게 부풀거나, 뜨겁거나, 이상한 냄새가 나면 바로 충전기를 빼고 쓰지 마세요. 누르거나 구멍을 내면 불이 날 수 있어요. 불에 타지 않는 곳(타일 바닥, 금속 통)에 떨어뜨려 두고 어른에게 알려요. 연기·불꽃이 보이면 멀리 피하고 119에 신고해요.
이것만은 하지 마세요 ❌ 새 배터리와 헌 배터리를 섞어 쓰기 · ❌ 다른 종류(알카라인 + 망간 + 충전지)를 섞어 쓰기
❌ 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
다 쓴 배터리는 어디에? 일반 쓰레기가 아니라 폐건전지 수거함(아파트, 주민센터, 마트)에 넣어요. 리튬 전지와 9V 전지는 단자에 테이프를 붙여서 버리면 합선 화재를 막을 수 있어요. 자동차 배터리는 정비소나 판매점에 반납해요.

⭐ 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!

누액은 피부나 눈에 닿으면 따갑고 다칠 수 있어요. 맨손으로 만지지 말고, 꼭 어른과 함께 해요! 🧤🥽

1. 어떤 누액인지 먼저 알아보기

알칼리성 🔵

알카라인 · 니켈수소

리모컨, 장난감, 시계의 AA·AAA 건전지. 하얀 솜털·가루·결정 (공기와 만나 생긴 탄산칼륨)

중화: 🍋 식초 또는 레몬즙 (약한 산)

산성 🔴

납축전지

자동차, 유아 전동차, UPS. 단자에 하얀색·청록색 가루 (황산이 금속과 반응한 것)

중화: 🧂 베이킹소다 물 (약한 염기) — 어른만!

위험 ⚫

리튬이온 · 리튬 코인

휴대폰, 충전식 장난감. 부풀음, 열, 달콤한 용제 냄새

닦지 말고 사용 중단 → 수리점·수거함

반대끼리 만나면 순해져요 알칼리성 누액에는 시큼한 식초, 산성 누액에는 쓴맛 나는 베이킹소다! 성질이 반대인 것끼리 만나면 서로 힘이 빠져서 순해지는 것을 중화라고 해요. 식초를 묻혔을 때 보글보글 거품이 나면 중화가 되고 있다는 신호예요.
심화: 누액의 정체 알카라인·NiMH·NiCd의 전해질은 KOH(수산화칼륨, pH 13~14)입니다. 새어 나온 KOH는 공기 중 CO₂와 반응해 흰 결정 K₂CO₃(탄산칼륨)이 되며(2KOH + CO₂ → K₂CO₃ + H₂O), 여전히 알칼리성이라 아세트산(식초)·구연산(레몬즙)으로 중화합니다. 납축전지는 H₂SO₄로, 단자에는 황산납·황산구리 결정이 생기므로 NaHCO₃(베이킹소다) 수용액으로 중화합니다. 망간(탄소아연) 전지의 전해질(NH₄Cl/ZnCl₂)은 약산성이라 식초가 필요 없고, 물로 적신 면봉으로 닦은 뒤 건조하면 충분합니다. 누액은 구리·니켈 도금을 부식시켜 접촉저항을 크게 만들고, 기판의 동박 패턴을 타고 번지기도 합니다.

2. 따라 하며 체크하는 청소 순서

누액 청소 체크리스트

0 / 0 완료

    준비물 한눈에 보기 고무·니트릴 장갑 🧤, 보안경 🥽, 면봉, 식초 또는 레몬즙 🍋 (자동차 배터리는 베이킹소다), 키친타월, 지퍼백, 지우개, 고운 사포(400~600방) 또는 유리섬유 펜, 작은 줄, (있으면) 이소프로필 알코올, 접점부활제
    이럴 땐 멈추세요 식초나 물을 흥건하게 붓지 마세요 — 면봉에 살짝만! 기판(초록색 판) 깊숙이 누액이 번졌거나, 부품 다리가 초록색으로 삭았으면 전문 수리가 필요할 수 있어요. 자동차 배터리는 아이는 구경만, 어른도 시동을 끄고 보호장비를 갖춘 뒤 작업하세요.

    3. 게임: 어떤 누액일까?

    중화제 골라 주기

    1 / 6

    4. 재발 방지 팁

    🎓 전지 화학 기초 🔴 전문가

    구분정의예공칭 전압
    1차 전지방전 반응이 비가역, 충전 불가망간, 알카라인, 리튬 1차(CR2032, 이산화망간리튬)1.5V / 3.0V
    2차 전지가역 반응, 충전으로 재사용납축, 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.

    V = E − I·r , I = E / (R + r)최대 전력 전달: R = r 일 때 Pmax = E² / 4r (효율 50%)

    내부저항 체험 — 부하를 걸면 전압이 떨어진다

    1.60 V
    0.15 Ω
    2.0 Ω
    0.74 A전류 I
    1.49 V단자전압 V
    0.11 V내부 강하 Ir
    1.1 W부하 전력
    93 %효율 R/(R+r)

    💡 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)

    전지자기방전비고
    알카라인연 2~3%보관 수명 5~10년
    리튬 1차 (CR2032)연 1% 내외보관 수명 ~10년
    NiMH (일반형)월 15~30%저자기방전(LSD)형은 1년 후 70~85% 유지
    리튬이온월 2~3% (+보호회로 소비)장기 보관은 40~60% 충전 상태로
    납축전지월 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

    2000
    0.5 C
    1.00 A전류
    2 h 0 m이론 시간

    오늘 배운 것: 배터리는 화학 반응으로 전기를 만들어요. 직렬은 전압↑, 병렬은 용량↑! 하얀 가루(알칼리 누액)는 장갑 끼고 식초로, 자동차 배터리(산성)는 베이킹소다로. 코인전지는 절대 입에 넣지 않기! 🔋