산화은전지

군용 산화은 전지조립체 및 셀 형상

의료 기기에 적합한 산화은 전지 (SR) 및 알칼리 버튼형 전지 (LR)

산화은전지(silver oxide cell , 酸化銀電池)는 양극에 산화은, 음극에 아연을 사용하고, 수산화나트륨이나 수산화칼륨을 전해액(電解液)으로 한 전지이다. 1차전지와 2차전지가 있으며, 단추형의 1차전지가 많이 사용된다. 미약한 전류로 장시간 사용이 가능한 것은, 전해질을 수산화나트륨으로 한 것으로 전자손목시계 등에 많이 이용된다. 전해질을 수산화칼륨으로 한 것은 카메라의 전자셔터용으로 적합하다. 그 밖에 전자식 탁상계산기 ·보청기 ·라이터 등에도 사용된다. 에너지 밀도를 증가시키기 위해 과산화은을 전극 활물질로 사용하는 과산화은전지도 있다.

개요

산화은전지는 1차전지와 2차전지가 있으며, 단추형의 1차전지가 많이 사용된다. 1961년 미국에서 개발되었다. 1차전지는 에너지 밀도가 높아 1963년경부터 시판되고 있다. 양극에 은화합물이 사용되기 때문에 값이 비싸 소형전지에 국한된다. 2차전지는 용량이 큰 것이 개발되어 주로 군용으로 쓰인다. 단추형의 2차전지도 개발되고 있다. 양극의 산화은에는 산화은(Ⅱ), 또는 산화은(Ⅰ)이 사용된다.

기전력은 산화은(Ⅱ)를 사용할 때가 약 1.8 V이고, 산화은(Ⅰ)을 사용할 때가 약 1.57 V이다. 그러나 실용 단추형 1차전지는 특별히 고안한 산화은(Ⅱ)을 사용하여 산화은(Ⅰ)과 공존시켜, 작동전압이 거의 1.5 V가 되는 고용량화(高容量化)가 시도되고 있다. 미약한 전류로 장시간 사용이 가능한 것은, 전해질을 수산화나트륨으로 한 것으로 전자손목시계 등에 많이 이용된다. 전해질을 수산화칼륨으로 한 것은 카메라의 전자셔터용으로 적합하다. 그 밖에 전자식 탁상계산기 ·보청기 ·라이터 등에도 사용된다. 단추형 2차전지는 태양전지와 조합하여 전자손목시계와 전자식 탁상계산기 등에 사용한다. 산화은전지는 그 모양이나 치수가 수은전지와 공통점이 많으므로 혼동하기 쉽다.

원리

산화은전지는 산화은 또는 과산화은(Ag2O 또는 AgO)을 양극 활물질로, 아연(Zn)을 음극 활물질로 하고 알칼리 금속 수산화물(KOH 또는 NaOH)의 수용액을 전해액으로 하는 전지로 반응식은 아래와 같다.

• 양극: Ag₂O + H₂O + 2e⁻ → 2Ag + 2OH⁻
• 음극: Zn + 2OH⁻ → Zn(OH)₂ + 2e⁻
• 전체: Ag₂O + Zn + H₂O → 2Ag + Zn(OH)₂

각각의 표준 전위는 양극 E = 0.345, 음극 E = -1.249V가 된다. 따라서 전지 전압은 1.594V가 된다. 위에서 예를 든 양극 반응은, 산화은 (Ag2O)이 금속 은(Ag) 으로 환원되는 중간 생성물을 갖지 않는 불균일 고상 반응이다. 이것이 방전 전압이 평탄한 이유이다.

버튼형 산화은전지 구조

 

특성

산화은 및 과산화은 전지의 방전곡선

초기에는 고출력 고에너지밀도의 특징을 살려 주로 군사용ㆍ우주용 2차전지 및 비축전지로 주목을 받았으나 현재는 산화은(Ag2O)을 사용하는 단추형 또는 초박형 소형 1차전지가 주로 실용화 되어 있다. 과산화은(AgO)을 사용한 전지는 산화은을 사용한 전지보다 에너지 밀도를 2배 가까이 높일수 있으나 과산화은의 알칼리성 전해액속에서 불안정한 특성으로 그 취급이 어렵고 소형 전지에서는 큰 에너지 밀도의 특징을 살리지 못하는 점이 있어 거의 실용화 되고 있지 않다.

산화은 전지의 주요 장점은 다음과 같다.

• 개로전압이 1.58V, 방전전압이 1.55V로 높으며 방전량에 의한 전압 변동이 적어 안정적임.
• 단위 중량 및 부피당 에너지 밀도가 큼.
• 사용 가능한 온도범위가 넓음 (-30℃ ~ 60℃)
• 중부하 방전용에 적합.
• 자기 방전율이 낮음 (5%/년 이하)

이러한 특징에 의해 단추형 산화은 전지는 시계, 카메라, 계산기, 완구, 의료기기 등의 소형 정밀 전지기기에 폭넓게 사용되고 있다.

용도

산화은전지는 카메라용, 휴대용 전자 계산기의 전원으로서 출발하였다. 그러나 이 분야는 최근의 기기의 회로 기술의 진보에 따라, 다기능화나 저가격화가 이루어져, 리튬 전지나 알칼리 단추형 전지로 대체가 되고 있다. 현재는 시계 바늘이 있는 수정 발진 손목 시계의 전원이 주요한 용도로 되어 있다. 1969년 쿼츠식 손목 시계가 일본에서 개발된 이래, 손목 시계의 주류는 기계식(수동 또는 자동)에서 수정 발진자와 산화은 전지와의 조합으로 옮겨져, 1980년 대의 급격한 수요 확대를 거쳐 1990년에는 세계에서 4억개 이상의 산화은 전지를 사용한 손목 시계가 생산되기에 이르렀다. 산화은 전지의 특징은 평탄한 방전 전압과 소형으로 뛰어난 부하 특성을 갖는데 있으며 아날로그 쿼츠 워치의 요구 특성에 매치되는 최적의 전원이다. 현재 전지의 외경이 6.8mm,두께 2~3mm의 사이즈가 주류이고, 30~40품종의 사이즈가 전개되어 있다. 최근에는 투약 디바이스 및 인슐린 펌프나 펜, 캠슐 내시경 등의 의료 기기에 적용되고 있다.

국내 현황

현재 국내에서 민수용으로 사용되는 소형 버튼형 산화은 전지를 제조하는 업체는 없으며 전량 수입에 의존하고 있다. 군용으로 사용되는 과산화은 전지의 경우 일부 셀 단위 국산화 개발이 완료되어 양산되고 있다.

참고자료

• 〈산화은전지〉, 《두산백과》
• 전지 및 발전기 표준화 방안 연구(국방기술품질원) - file:///C:/Users/sms/Downloads/GOV_2014_PRISM_000344%20(2).pdf
• 의료 기기에 적합한 산화은 전지 (SR) 및 알칼리 버튼형 전지 (LR)의 대전류 타입 양산 개시〉, 《무라타》, 2020-10-14
• Car AVN, 〈맹그러 (Maker) :: [Technical 밧데리 기술 총 정리 ③]〉, 《맹그러》, 2016-12-20

같이 보기

• 단추형
• 알칼리 전지
• 수은전지

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