건전지(乾電池, dry cell)는 "마른 전지"라는 뜻으로, 전해질을 수분이 거의 없는 상태로 둔 1차전지(전기 화학 전지)이다. 이와는 반대로 습전지(젖은전지)는 거의 대부분의 차량에서 찾을 수 있는 연축전지와 같이 액체 상태의 전해질이 들어 있는 전지를 말한다. 건전지는 실제로 습기에서 완전히 해방된 것이 아니며 동작을 위해 약간의 수분은 함유하고 있어야 한다.
일반적인 건전지는 망간전지(망간건전지, zinc-carbon battery)로, Leclanché cell라 부르기도 하며 1.5 볼트 정도 전압을 내는 알칼리 전지와 전압이 같다.
개요
통상 공칭 기전력 전압은 1.5V이다. 한자로 乾(마를 건) 자를 써서 乾電池(건전지)라고 부르는 이유는 그 이전의 액체 전해질을 사용하는 습식전지와 구별해서 부르는 통칭으로, 전해액에 따라 망간 전지와 알칼리 전지를 통틀어 건전지라고 부른다. 1차 전지로서 일단 방전된 것은 다시 충전할 수가 없다.
보통 전지는 전해액이 있어 이온화 과정의 전자를 이용하는 것을 전지라 부른다. 하지만 이 방식은 혹여 격벽에 흠이 생기면 전해액이 누수가 되고, 전지의 질량이 증가되는 문제점이 있었다. 이 문제점을 해결하기 위해 전해액을 섬유질이나 종이에 흡수시켜 액을 흐르지 않게 한 전지를 건(乾: 마른)전지라 부른다.
양극에는 통상 탄소봉이 사용되지만 반응에 관여하는 게 아니고 양극 재료인 망간에서 발생한 전류를 모으는 도체 역할만 하므로 정확히는 망간-아연 전지. 실제 양극 재료는 가루 형태의 이산화망간. 이산화망간을 쓰는 이유는 전지 방전 시 양극에서 수소가 발생하는 분극현상이 일어나 반응을 방해하는데 이산화망간이 수소를 산화시켜 물로 만들어 제거하는 소극제(감극제) 역할을 한다.
알카리 전지는 전해질을 염화암모늄 염 대신 강알칼리인 수산화 칼륨을 쓰는 것만 다르고 양극 음극 재료는 이산화망간-아연을 쓰는 건 같으므로 알칼리 전지도 엄밀히는 망간-아연전지의 일종이다.
과거에는 바깥에 음극 재료인 아연 원통이 있고 양극 재료인 이산화망간 분말을 전해액과 혼합해 풀처럼 끈끈하게 해서 원통 안에 채우고 중심에 전도체인 탄소봉을 꽂아 쓰는 식이었다. 하지만 이런 방식은 전지가 소모되면 아연 원통이 부식해서 터져 전해액이 새기도 하고 비싼 재료인 아연이 낭비되어 비경제적이다. 그래서 현대의 건전지는 과거와는 반대로 음극 재료인 아연 분말을 중심에 두고 아래쪽에서 탄소봉을 꽂아 음극에 연결하고 양극재인 이산화망간을 바깥쪽에 원통형으로 배치하고 별도의 철제 금속통으로 감싸 양극 전도체 및 양극 단자 역할을 겸하는 구조로 만든다. 이건 전지를 다 써도 잘 새지 않는다.
역사
우리가 사용하는 건전지는 1870년 프랑스 화학자 르클랑셰가 만든 기전력 1.5V을 내는 르클랑셰 전지가 그 원형이다. 1886년 독일인 카를 가스너(Carl Gassner)가 기존의 전해질 용액을 사용하는 전지가 아닌 오늘날과 같이 이산화망간을 양극으로 삼고 아연을 음극으로 삼고 전해액으로 염화암모늄을 석고와 섞어 풀을 만들어 아연 원통에 채우는 방식으로 개량한 전지의 특허를 독일과 미국에서 냈으며, 1896년 대량 생산에 들어갔다. 생산을 용이하게 하기 위해 석고 대신 염화암모늄을 먹인 종이를 넣어 다시 한 번 개량이 이루어졌으며, 같은 해에 손전등이 발명되었다. 이 당시에는 6인치 또는 No.6이라 불렸으며, 이름 그대로 6인치 길이에 2.5인치 지름의 원통형 셀이었다.
1899년, 스웨덴의 과학자인 융너(Waldemar Jungner)는 니켈-철 전지와 니켈-카드뮴 전지를 최초로 발명했고, 토머스 에디슨도 별도로 니켈-철 전지를 발명해 전기자동차의 동력원으로 쓰기도 했다.
1912년 미국에서 건전지 규격의 통일을 논의하기 시작하였고, 1917년 제1차 세계 대전 발발과 함께 규격화 생산을 위해 구체적인 논의 및 실험에 들어가 1919년 현대의 건전지 규격이 발표되었다. 다만 그 당시에는 건전지 기술이 급격히 발달하던 시기여서 기술 발전을 포함한 최종 수정안은 1924년 확정되었다. 이 때 A, B, C 등의 규격을 정하게 되었으며, 이후로도 수차례 개정을 거쳤지만 큰 변화가 없이 1959년 최종 규격을 현재까지 사용 중이다. 1967 년에 새로 개발된 알칼라인 건전지 규격을 추가했지만 크기나 형태는 기존 규격을 따른다. 건전지 규격인 알파벳의 의미는 같은 알파벳이면 동일 전압, 그 뒤에 붙는 숫자 및 추가 알파벳에 따라 추가 셀의 직렬/병렬 연결, 산업별 용도 등으로 세분화된다. 하지만 전자 산업이 발전한 현대에서는 특수 산업 기기용 배터리가 아닌 이상 AA 같은 가장 많이 쓰이는 건전지에 맞춰서 회로를 제작하기 때문에, 4F2d 같은 전지는 더 이상 찾아볼 수 없다. 최근(1999년)에도 업데이트 되고 있지만 리튬이온 등 2차 전지 위주로 갱신되고 있기 때문에 건전지에서는 완전히 새로운 규격을 보긴 쉽지 않을 것이다.
참고자료
같이 보기
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