농도

농도(濃度, concentration)는 액체나 혼합기체와 같은 용액을 구성하는 성분의 양(量)의 정도를 말한다. 또한 농도는 용액이 얼마나 진하고 묽은지를 수치적으로 나타내는 방법이기도 하다.

계산법

농도는 일정 질량이나 부피 등에 대해 해당 성분이 얼마나 많이 포함되어 있는지를 나타내 주는 값이다. 농도를 계산하는 방법은 여러 가지가 있으나 다음과 같은 것이 가장 많이 쓰인다.

• 질량백분율(mass percent) : 주로 퍼센트농도라고 표현한다. 용액 100 g 속에 녹아 있는 용질의 그램(g)수로서 단위는 %로 나타낸다. 물 95 g에 소금 5 g을 녹인 용액은, 용액 100 g에 소금 5 g이 녹아 있으므로 5 %의 소금수용액이 된다.

• 몰농도(molarity) : 용액 단위부피 속에 녹아 있는 용질의 물질량을 말하며, 단위는 주로 M(=mol/L)를 사용한다. 몰(mol)은 원자나 분자 약 6.022 × 10²³개를 한 묶음으로 보는, 하나의 단위이다. 설탕분자 약 11 × 10²³ 개를 물에 녹여 1 L의 용액을 만들었다면, 0.5 mol의 설탕이 1 L의 용액에 녹아 있는 것이므로 0.5 M의 설탕수용액이 된다. 몰농도는 화학실험에서 가장 흔하게 쓰이는 농도 계산법이다.

• 몰랄농도(molality) : 용매 단위질량 속에 녹아 있는 용질의 물질량을 말하며, 단위는 주로 mol/kg을 사용한다. 주로 라울의 법칙이나 삼투압 측정 등에 이용된다. 용액의 질량이 아닌 용매만의 질량을 고려하는 농도 계산법이며, 부피가 아닌 질량을 이용해 계산하는 값이기 때문에 온도나 압력에 의한 영향을 받지 않는다는 장점이 있다. 물 2 kg에 염화수소 0.01 mol을 넣었다면 0.005 mol/kg의 염산이 만들어진다.

• 노르말농도(normality) : 용액 1 L 속에 녹아 있는 용질의 그램(g)당량수로 나타내며, N으로 표시한다.

• 부피백분율(volume percent) : 용액 100 mL 속에 녹아 있는 용질의 mL 수로 용질의 부피백분율을 나타낸다. 단, 알코올이나 물처럼 혼합에 의해서 부피에 변화가 생기는 경우에는 혼합하기 전의 부피를 기준으로 한다.

• 몰분율(―分率) : 용질의 몰수를 용액 전체로 나눈 것이다.

이 외에 혼합기체에서는 부분압력으로 농도를 나타내는 등, 여러 종류의 농도 계산법이 있다.

전해액 농도

리튬이온 배터리의 양극과 음극은 서로 직접 만날 수 없지만 전해액을 통해 리튬이온을 주고 받을 수 있다. 즉 전해액이란 전지 내부의 양극과 음극 극판 사이에서 리튬이온이 이동할 수 있도록 매개체 역할을 한다. 리튬이온을 잘 통과시킬 수 있으려면 전해액의 농도가 낮아야 한다.

전지는 부하가 커지면 전해액의 농도에 불균형이 생겨 열화가 진행된다. 2차전지의 에너지 밀도, 수명, 안정성에 영향을 미치며 전지의 성능을 좌우하는 주요 소재이다.과거 갤노트7 폭팔사고로 인해 액체상태인 전해액의 특성으로 폭발 위험이 지목되었으며 2차전지에 사용되는 전해액은 순도가 떨어지거나 금속성 불순물, 극소량의 수분 등이 함유된 전해액은 전지의 변형이나 화재 폭발 등을 일으키게 된다. 따라서 높은 이온 전도도, 전기 화학적 안정성, 전극과의 상용성, 낮은 응고점, 적절한 리튬염의 농도의 기술력을 요구한다.

참고자료

• 〈농도〉, 《위키백과》
• 〈농도〉, 《나무위키》
• PABLO, 〈2차전지 전해질 전해액 , 전고체전지〉, 《네이버 블로그》, 2020-09-15
• 될놈, 〈리튬 이온배터리 _ 전해액〉, 《네이버 블로그》, 2016-10-17

같이 보기

• 전해액

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