리튬 배터리 관리의 세계
스마트폰과 다양한 모바일 기기로 우리는 배터리나 건전지가 없어서는 안 되는 시대를 살고 있다.
언제 어디를 가더라도 내가 가진 기기들의 충전기는 꼭 챙겨야 하고, 혹시라도 깜박해서 충전기를 챙기지 않았다면 출장지에서, 휴가지에서 꽤나 찜찜한 기분으로 있어야 함은 어찌 보면 당연한 일이 되었다. 우리는 정말 배터리의 노예가 되어 살고 있지는 않은가 하는 나름대로의 철학적인 고민들도 해 보지만, 어쩌랴. 이들 배터리들이 없으면 당장 내가 불편해지는 것을.
이 글을 쓰기 전, 자주 찾는 모바일 기기 카페에서 한 유저가 노트북 배터리 관리를 어떻게 하면 좋겠느냐는 글을 올려둔 것을 보게 되었다. 그런데 답변을 보면 하나같이 답변들이 중구난방에 어느 한 가지를 잘 알고 있다면 어느 한 가지에 대해서는 잘 알고 있지 못한 부분들도 많이 보였다. 그래서 내 나름대로 내 블로그에 정리해 보고자 쓰게 되었달까.
그래서 시작해 보는 리튬 배터리 관리 요령이다.
수 없이 많은 종류의 리튬 배터리들. 인터넷 검색만 하더라도 이렇게 많은 종류의 배터리들을 찾아볼 수 있다.
조금 재미없는 이야기를 먼저 시작해보자면, 배터리의 역사가 되겠다. 대체로 우리가 요새 스마트 기기들이나 휴대용 기기들에 주로 사용하는 배터리는 리튬 이온 또는 리튬 폴리머로 만들어진 배터리인데, 이렇게 우리가 충전을 반복하며 배터리를 사용할 수 있도록 하는 전지를 유식하게 '2차 전지' 라고 부른다. 그렇다면 '1차 전지'는 무엇일까? 그렇다. 충전이 불가능한 단순한 건전지가 되는 것이다.
이 2차 전지는 아주 크게 다음과 같은 발전 양상을 가지게 되는데,
1. 니켈 카드뮴, 2. 니켈 메탈수소, 3. 리튬 이온, 4. 리튬 폴리머.
이렇게 크게 4 단계의 발전사를 거치게 된다. 순서대로 배터리 용량이 크게 증가했고, 사용 가능한 수명도 개선되었다.
그리고 니켈 카드뮴 전지가 가진 최악의 단점인 메모리 이펙트 (완전히 방전시키지 않고 충전하면 충전 가능 용량이 줄어드는 것) 가 점점 개선되었고, 현재의 리튬 이온과 리튬 폴리머 배터리에서는 메모리 이펙트는 거의 없어졌다.
휴대성에 있어 가장 중요한 요소가 되는 배터리는 바로 이 충전 용량과 수명, 그리고 메모리 이펙트 사이에서 지속적인 고민과 발전을 해 오고 있는데, 니켈 카드뮴과 니켈 메탈수소 전지는 상대적으로 안전한 데 비하여 짧은 수명과 적은 용량, 그리고 메모리 이펙트로 인한 최악의 단점을 가지고 있었다면 (그래도 약 95년 이전의 노트북들은 이 니켈 카드뮴과 니켈 메탈수소 배터리를 사용했다.) 최근의 리튬 계열 배터리에서는 지속적으로 배터리의 안전성 문제가 부각되고 있다.
상대적으로 큰 용량과 길어진 수명, 그리고 사용의 편의성에 비해 배터리를 구성하는 물질 자체가 가진 불안정성과 위험성 때문에 조금이라도 잘못 관리했다가는 배터리가 아예 수명을 다 하거나, 심각한 경우 사고로 이어질 수 있기 때문이다.
그렇다면 리튬 계열의 배터리들은 왜 이렇게 불안정한 것인가? 그렇다면 다른 대안은 없는 것일까?
우선 리튬 계열의 배터리가 갖는 불안정성은 기본적으로 배터리를 구성하는 물질인 리튬에서 기인한다. 리튬은 알칼리 족에 속하는 화학 물질로 구성된 물질으로써, 알칼리족 원소들이 갖는 대표적인 특징인 강한 산화력 (강한 반응성) 과 강한 폭발력을 지니고 있다. 이 정도는 매우 심해서 산소와 닿는 즉시 리튬은 발화하게 되고, 그 반응성이 알칼리족 원소들 중에서 무척 센 편에 속하기 때문에 사실 '발화' 라기 보다는 '폭발' 에 가까운 반응을 보이게 된다. (그래서 알칼리족 원소는 기름 속에 보관한다)
그런데 안타깝게도, 아직까지 상용화 된 기술 중에서는 리튬을 사용한 배터리가 가장 용량면에서나 수명면에서나 가장 좋은 편에 속하고, 또 그 자체의 장점 덕분에 소형 기기에 작게 만들어 넣는 것이 가능하다는 장점 때문에 리튬 배터리가 널리 쓰일 수 밖에 없다. 또 현재 개발중인 차세대 배터리의 경우에도 아직까지는 리튬의 장점을 뛰어넘고는 있으나, 리튬 계열 배터리가 가지는 '소형화' 를 달성하기엔 아직은 너무 무리하게 크다.
때문에, 리튬 계열 배터리들은 기본적으로 배터리에 배터리를 과도하게 충전시키거나 과도하게 방전시키지 않고, 배터리의 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 보호 회로를 장착하여 사용하게 된다.
최근 리튬 이온 배터리보다 조금 더 안정성이 높고, 용량이 크면서 소형화가 가능한 리튬 폴리머 배터리가 상대적으로 많이 보급되고 있으나, 역시나 리튬 폴리머 배터리 역시 100% 안전한 것은 아니기에 역시나 보호 회로가 내장되어 출시된다.
따라서 우리가 사용하는 소형 기기들의 리튬 계열 배터리는 최대한 '안전하게 사용할 수 있도록' 고안되어 출시되어 있고,
사용자인 우리가 최대한 그 수칙을 잘 지켜 안전하게 사용한다면 아무런 문제 없이 오랜 기간 동안 배터리가 제 몫을 다 할 수 있도록 관리하며 사용할 수 있다.
결국은 이 이야기를 하고자 이렇게 길게 돌아온 것 같은데, 그럼 바로 본론으로 들어가 보도록 하자.
리튬 계열 배터리 관리 방법
1. 자주, 수시로 충전을 반복한다.
-> 이전의 니켈 카드뮴, 니켈 메탈수소 배터리를 사용할 때의 습관 때문에 아직 많은 사람들이 배터리는 무조건 '완전히 방전' 시키고 '완전히 충전' 시켜야 한다고 생각한다. 그러나 이런 습관은 니켈 계열의 배터리가 가진 메모리 이펙트 때문에 그런 것일 뿐, 실제 리튬 계열의 배터리에서는 오히려 수시로 충전을 해 주는 것이 배터리를 안정적이고 오랜 시간 동안 사용할 수 있는 방법이 된다. 오히려 완전 방전을 자주 해 주게 되면 배터리 내의 전자의 흐름을 방해하게 되어 배터리의 수명이 짧아지게 된다.
2. 충격을 주지 않는다.
-> 리튬 계열의 배터리는 특히 외력 (外力) 에 약한 특징을 가지고 있다. 따라서 충격을 받거나 휘어지게 되어, 배터리를 구성하는 리튬 셀이 공기중에 노출되면 사고로 이어지게 된다. 또한 안전장치 역할을 하는 보호회로 등의 회로 연결 상태가 불량해 질 수 있으니 되도록 조심히 다루는 것이 좋다.
3. 열을 가하지 않는다.
-> 역시 리튬 계열의 배터리는 조금이라도 온도가 상승하게 되면 그 상태가 불안정해지게 된다. 또 배터리를 이루고 있는 케이스가 녹는다던지 하는 이유로 역시나 셀이 노출되게 되면 사고로 이어질 수 있다.
4. 습기에서 최대한 멀리 둔다.
-> 어느 전자 기기나 물과 멀리 해야 하는 것은 상식이지만, 특히 배터리는 더 그렇다. 이는 모든 배터리에 해당하는 것인데, 배터리가 물에 젖거나 물 속에 빠지게 될 경우, 단자 접점 간에 합선이 되어 갑작스럽게 큰 전류가 흐르게 되고, 과열로 인해 순간 불이 붙거나 폭발하게 된다.
5. 지정된 정품 배터리를 사용한다.
-> 사실상 정품 배터리라고 하는 녀석들은 가만 뜯어보면 꽤나 가격이 비싸다. 일부러 제조 회사에서 이익을 남기려고 그런 것 같은 스멜이 뻔히 보이지만 그래도 어쩔 수 없다. 정말 국내 최고 기술, 또는 일본이나 미국의 최고 기술과 최고의 엄격한 관리 시설 하에서 제조된 배터리가 아닌 이상, 대부분 사용자들이 군침을 흘리게 되는 배터리는 저렴한 것, 그 중에서도 어디에서 제조된 지 알 수 없는 호환품인 경우가 상당히 많다. 물론 예외도 분명히 있으나, 엄청나게 많은 수의 호환품이 쏟아지는 지금 현재 상황에서 모든 사용자가 일일이 하나하나 제품을 검증하고 구입하기는 힘든 법. 따라서 되도록이면 정품 배터리를 사용하는 것이 좋은 습관이다. 특히 정말 품질을 보증할 수 없는 묻지마 수준의 호환 배터리의 경우, 얼마 사용하지도 않았는데 수명을 다 하거나, 또는 크고 작은 사고를 일으키는 경우가 종종 있다. 또, 정품 배터리는 만약의 사고로 이어질 경우, 충분히 그 보상을 받을 수 있기 때문에 제품 보증 면에서도 호환품에 비해 나은 편이다.
위와 같이 다섯 개의 수칙만 잘 지켜 사용한다면 내 몸을 거의 도배하다시피 한 리튬 배터리들을 안전하고 편리하게 사용할 수 있을 것이다.
그러나 이렇게 관리 방법을 적어 놓았음에도 불구하고 아직도 여러 의문을 가지고 계실 분들이 많을 것임을 나는 잘 알고 있다.
그래서 짧게 끝내려고 했는데, 배터리 관리 FAQ를 한 번 만들어 보았다. (점점 길어진다. 보신 분들 맨 밑에 추천 꼭 눌러주심 안 잡아먹는다.)
배터리 관리 요령 FAQ
1. 노트북 설명서에 보면 배터리를 완방한 후 사용하라고 하는데?
-> 사실상 리튬 계열의 배터리는 배터리를 완전 방전시키면 안 되는 것이 맞다. 그러나 특히 노트북 컴퓨터를 구입한 후 설명서를 보게 되면, 배터리는 정기적으로 완전 방전을 시키라는 말이 적혀 있다. 대체 왜일까... 배터리의 수명을 금방 떨어뜨려 주변기기 판매 수익을 높이려는 수작일까?
사실 알고보면, 많은 사람들이 이것 때문에 이해가 잘 되지 않아 머리아파하는데, 리튬 계열의 배터리는 자주 수시로 충전하되, 한달 또는 몇달 간격의 긴 간격으로 한번 정도는 완전히 방전시켜 주는 것이 좋다. 벌써부터 머리가 아픈가?
실제 리튬 계열의 배터리를 완전 방전시켜 버리면, 리튬이라는 물질 내에서 전류의 흐름을 발생시키는 자유전자들의 움직임이 차단되게 되어 배터리의 수명이 현저하게 줄어들게 된다. 따라서 배터리가 방전되지 않도록 수시로 충전과 사용을 반복하여 전자의 움직임을 계속 유지해 주어야 한다. 그러나 반대로, 마치 우리의 치아에 치석이 끼듯이, 이놈의 리튬 배터리 역시 지속적으로 사용하다 보면 마치 플라그와도 같이 전자들이 찌꺼기가 끼듯 침착이 되어 움직임이 막히게 된다. 따라서 이럴 때 전자의 움직임을 원활히 해 주기 위해 완전 방전을 해 줌으로써 배터리 수명을 최대한 길게 유지할 수 있게 되는 것이다.
이러한 이유로 리튬 계열 배터리들은 대체로는 자주 충전을 해 주고, 생각날 때마다 한 번씩 시간 여유가 되면 완전 방전을 해 주면 된다. 그러나 중요한 점! 배터리는 과도하게 완전 방전을 시키면 안 된다.
안타깝게도 리튬 배터리는 꽤나 지식을 필요로 하는 골치 아픈 녀석인데, 리튬 계열의 배터리는 과도하게 방전을 시켜 버리면 (과방전이라고도 부른다.) 오히려 배터리가 그 자리에서 죽어 버리는 현상이 발생한다. 이것은 배터리 내에 설치된 보호 회로 때문인데,
모든 배터리가 동일한 보호회로 형태를 가지고 있는 것은 아니지만, 대체로 노트북과 같은 대형 제품에 들어가는 리튬 배터리의 경우, 위와 같은 형태의 보호 회로가 붙게 되고, 그림에서 볼 수 있듯, 이 보호회로도 자신의 역할을 하기 위해 배터리에 저장된 전기를 일정 부분 사용하여야 하는 특징을 갖게 된다.
(때문에 배터리를 완전히 충전해 놓더라도 며칠 지나면 완전히 방전되어 있다던가 하는 현상을 겪을 수 있다.)
이런 배터리에서 과도하게 방전을 시도하면 보호 회로까지 사용해야 할 전력까지 소비하게 되어, 결국 모든 배터리가 가진 전력을 고갈시키게 되면, 보호회로를 작동시킬 수 없어 배터리 전체가 그대로 죽어버리는 현상이 생기게 된다.
따라서 리튬 이온 배터리는 무조건 과도하게 완전 방전을 시키지도 말고, 완전 방전에 목숨을 걸어서도 안 된다. 무조건 자주 충전하는 것이 답이다.
2. 평소에 자주 쓰지 않는다면 배터리를 빼 놓는 것이 좋은가?
실제로는 그렇다. 굳이 필요성은 없지만, 자주 쓰지 않는다면 배터리를 빼 놓는 것이 조금 더 도움은 된다. 그러나 1번에 포함되어 있는 그림을 잊지 말자. 배터리를 너무 오래 그대로 보관하면 자연 방전과 보호회로의 전류 소모로 인하여 배터리가 저절로 과방전 상태에 이를 수 있다. 심지어는 과방전이 반복될 경우, 한 번씩 반복될 때마다 배터리의 용량이 줄어들기도 한다. 따라서 되도록이면 배터리는 그냥 끼워 놓는 것이 조금 더 좋은 편이다.
그러나 본인의 배터리를 분리하여 배터리에 Li-ion 이라고 적혀 있는지, Li-polymer 라고 적혀 있는지 확인해보도록 하자.
만약 리튬 이온의 경우, 충전 회로에 오랜 시간 물려 있게 되면 배터리의 특성상 산화작용으로 인하여 배터리가 부풀어 오르게 되는데, 배터리를 사용하지 않으면서 자주 충전기에 물려 놓는다면 빨리 부풀게 될 가능성이 커진다. 따라서 이 경우에는 배터리를 빼내어 보관하는 쪽이 조금 더 이롭다. 상대적으로 리튬 폴리머는 이에 대한 부분에서 자유롭다.
너무 많이 길어지게 되면 오히려 내용을 이해하는 데 어려움이 있을 지 모르니 이쯤에서 마무리할까 한다.
사용하기 편리하지만 어딘가 모르게 찜찜함을 주게 되는 휴대기기들의 배터리들. 나 역시도 엄청난 폭발력(?) 으로 무장하고 있는 배터리들 곁에서 매일 매일을 보내고 있는데, 너무 걱정하지 말자.
최대한 배터리에 스트레스를 주지 않는 것, 그리고 배터리 관리에서 조금은 신경을 끄라는 것. 그게 바로 속 편하게, 그리고 바르게 배터리를 사용하는 방법일 것이다.
