카를 가스너

카를 가스너(Carl Gasner)

카를 가스너(Carl Gasner)는 독일의 의사, 과학자, 발명가이다. 칼 가스너라고도 한다. 카를 가스너는 1886년 액체 구성의 습식전지(Wet-Cell Battery) 단점을 개선한 1차전지인 건식전지(Dry-Cell Battery)를 발명하고 세계 최초의 건전지 배터리에 대한 특허를 받았다. 습식과 달리 카를 가스너의 건전지는 견고하고 유지 보수가 필요 없고 액체 누출이 없었으며 전압은 1.5V이며 대량 생산이 가능하여 상용화 건전지를 최초로 성공시켰다.

생애

카를 가스너는 1855년 11월 17일 독일 마인츠에서 태어나 스트라스부르 대학교(University of Strasbourg)에서 의학 공부를 하고 마인츠에서 눈과 귀 질환 전문가로 실습하였으며 또한 발바흐(Balbach) 시계 제조 업체에서 물리와 화학 분야의 실험을 수행하였다. 1880년 대부분의 초인종은 전해질 수용액이 들어 있는 르클랑셰 습식전지로 작동되었는데 이 전지는 종종 전해액이 건조되어 사용할 수 없게 되었다. 이런 불편함을 해결하기 위해 1876 프랑스 과학자 조르주 르클랑셰(Georges Leclanché)는 염화암모늄을 전해질로 만든 르클랑셰 전지를 발명하여 휴대하기 쉽게 만들었다.

1886년 카를 가스너가 기존의 전해질 용액을 사용하는 전지가 아닌 이산화망간을 양극으로 삼고 아연을 음극으로 삼고 전해액으로 염화암모늄을 석고와 섞어 풀을 만들어 아연 원통에 채우는 방식으로 개량한 전지를 발명했다. 1886년 4월 8일 독일에서 특허를 받고 1887년 11월 15일 미국에서도 받았으며 오스트리아-헝가리, 벨기에, 프랑스, 영국에서 다양한 특허를 취득하였다. 그의 건전지는 1890년 가계 주인의 친구가 초인종이 작동하지 않아 도움을 요청하면서 알려지게 되었으며 나중에 다른 딜러들도 그의 건전지를 원했다. 그 후 에르푸르트(Erfurt) 우체국장은 10만 개의 배터리를 주문했고 가스너는 독일 프랑크푸르트에 공장을 설립하고 1896년 대량 생산에 들어갔다. 생산을 용이하게 하기 위해 석고 대신 염화암모늄을 먹인 종이를 넣어 다시 한번 개량이 이루어졌다. 같은 해에 손전등이 발명되었다. 그는 수백만 마르크를 얻을 수 있었지만 평화를 위해 프랑크푸르트 회사의 모든 권리를 포기하고 1942년 1월 31일 타계하였다.

아연 탄소 건전지

아연 탄소 전지

아연 탄소 건전지는 산화 전극에서는 금속 Zn이 Zn2+ 이온으로 산화되고, 환원 전극에서는 흑연 막대와 접하고 있는 이산화 망가니즈가 흑연 막대까지 전달된 전자를 받아 Mn2O3로 환원된다. 아연-탄소 전지에서 일어나는 전기 화학 반응은 아래와 같다.

산화 전극 : Zn(s) → Zn²⁺ (aq) + 2e⁻

환원 전극 : 2Mn0₂(s) + 2NH₄⁺(aq) + 2e⁻ → Mn₂0₃(s) + 2NH₃(aq) + H₂0(/)

전체 반응 : Zn(s) + 2MnO₂(s) + 2NH₄⁺ (aq) → Zn²⁺(aq) + Mn₂O₃(s) + 2NH₃(aq) +H₂0(/)

아연 탄소 전지는 초기에 약 1.5 V의 전압을 발생시킨다.

그러나 시간이 지남에 따라 전지의 전압이 떨어지는 단점을 가지고 있다.

그 원인으로는 먼저 산화 전극에서 아연의 부식 과정이 일어나는 수가 있고, 환원 전극에서는 물이 생겨남에 따라 전지 내에 있는 반응물과 전해질의 농도가 낮아지기 때문이다.

이러한 현상을 완화하기 위해서 아연 전극에 수은이 들어 있는 염(salt)을 넣어주면 아말감(amalgam)을 형성하여 부식을 방지할 수 있으나 지금은 수은의 유독성 문제로 사용하지 않는다.

다른 방법으로 전해질에 염화 아연(ZnCl₂)을 첨가하면 다음 반응에 의해 물이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

4Zn²⁺ + ZnCl₂ + 8OH⁻ + H₂O → ZnCl₂·4ZnO·5H₂O

그래서 실제 아연 탄소 전지에서는 염화 암모늄과 염화 아연의 혼합물을 전해질로 사용한다.

참고자료

• "Carl Gassner", wikipedia
• 〈아연 탄소 전지〉, 《네이버 지식백과》
• 〈건전지〉, 《나무위키》
• hl4hfgn, 〈건전지〉, 《네이버 블로그》, 2016-02-20
• 마프, 〈'밧데리.전지'의 역사〉, 《다음 카페》, 2014-04-24

같이 보기

• 건전지
• 1차전지
• 아연 탄소 건전지

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