스마트폰 배터리 충전 수명 - 100% 완충 완방 효과

한국전기연구원(KERI) 도칠훈 박사

 

배터리는 일반적으로 쓰면 쓸수록 용량이 감소한다. 통상 배터리의 수명은 초기용량의 80%가 될때까지를 말한다.

 

흔히 사용하는 휴대전화 배터리 수명은 충전 300~500회 정도로 볼 수 있다. 1~2년 정도가 수명에 해당한다. 물론 실제 사용할 때는 관리를 잘해서 2년 이상 써도 상관없지만 사용시간은 점차 짧아진다. 

 

모든 전지는 양극, 음극, 전해질 3가지로 이루어져있고 배터리 수명은 이 내부의 화학재료량에 달려있다. 전지 속 양극과 음극에는 전극 활물질이 있는데, 이 재료가 줄어들면 반응을 못해 성능이 떨어진다. 전극 활물질이란 전자 화학반응을 일으키는 리튬산화물을 알루미늄이나 구리 위에 입혀놓은 것이다.

 

전지를 뜯어보면 가루분말이 들어있다. 가루를 접착제로 붙여놓은 것인데 이것을 충전·방전하면 일부 탈락이 일어난다. 이탈되는 만큼 전자를 줄 수 없어 용량과 수명이 줄어든다. 그 결과 저항도 증가하고 전지가 낼 수 있는 전압도 감소한다. 에너지는 결국 전기량×전압인데, 용량과 전압이 모두 줄어들게 되는 것이다. 전지의 초기 수명은 좋은 재료와 물질 탈락을 방지하는 좋은 결합재를 쓰는 것에 달렸다. 

 

보통 노트북 전지 1개의 생산가격은 5000원 정도다. 요즘 디지털카메라, 캠코더, 휴대전화 등에 쓰이는 것은 모두 리튬이온전지다. 완전방전하지 않고 충전해 써야 좋다. 리튬이온전지는 완전방전한 다음 사용하면 수명이 짧아진다. 전지가 한 방에 망가질 수도 있다. 이온전지는 늘 충전기에 꽂아놓는 게 좋다.

 

예전에 가정 내 900㎒ 전화기나 면도기 등에는 니카드(니켈카드뮴) 전지가 쓰였다. 이것은 완전방전하고 써야 한다. 이 전지는 사용 패턴을 기억해 충전된 만큼만 소비하는데 이를 메모리 효과라고 한다.

 

 

▶ 충전하면서 사용하는것은?

 

휴대전화를 쓰는 상태에서 배터리를 바로 빼도 아무 문제가 없다. 전지나 장치에는 전혀 영향이 없으므로 언제든지 뺐다 꽂아도 된다. 배터리를 다 썼다는 것은 2.5V 또는 2.7V(볼트)까지 떨어졌고 4.2V까지 충전이 안 된 상태란 의미다. 전원을 꽂으면 외부에서 전기량이 들어오고, 이 전기량이 100이라면 사용하면서 충전하면 일부 70은 충전기로 가고 나머지는 화면 작동에 쓰인다. 충전 속도가 느려질 뿐 아무 문제가 없다. 또 외부 파워를 꽂아서 쓰면 전지는 쉬고 외부 파워로 돌아가게 되는데 전지에게 휴식을 주는 것이므로 더 좋다. 리튬이온전지는 모두 마찬가지다.

 

즉 충전하면서 사용하면 오히려 배터리 수명에 더 유리하다. 코드를 꽂은 채 노트북을 쓰면 배터리 수명이 짧아진다는 말은 낭설이다.

 

▶ 100% 충전이 되면?

 

충전이 다 됐다는 신호로 녹색등이 들어오면 바로 뽑을 필요는 없다. 휴대전화는 100% 충전됐다고 표시해도, 계속 두면 더 충전이 된다. 충전율은 전압을 측정해서 표시해주는데, 전지 안에 무수히 많은 모든 리튬이온을 다 파악할 수가 없다. 특정 지점에 4.2V가 되면 충전 다 됐다고 불빛이 들어오는 것이다. 그런데 녹색등이 들어와 빼놓았다가 사용 안 하고 다시 꽂으면 빨간불이다. 녹색등이 막 들어왔을 때는 실질적으로 60% 충전으로 이해할 수 있다. 전지 안 리튬이온의 농도 편차가 심해 전압이 충분히 확산할 때까지 기다려야 한다.

 

Tip. 배터리는 충전기에 계속 꽂아놓아도 된다. 상한 전압은 충전기의 전자 회로가 보호하므로 계속 꽂아도 상관없다. 하한 전압 이하로 내려가는 것이 문제다. 완전방전하지 않도록 하고 완전방전하면 곧바로 충전해야 수명이 길어진다.

 

▶ 배터리와 사용온도는?

 

추우면 배터리가 더 빨리 없어진다는 것은 절반 정도 맞는 말이다. 추워지면 내부 저항이 증가하는데 저항이 커지면 전압이 떨어져서 그만큼 배터리 용량도 적게 느껴진다. 물론 온도가 다시 높아지면 용량이 나타난다. 저온에서는 배터리 용량이 안 나온다. 영하 10도로 추운 날에는 에너지가 30% 정도 감소하고, 영하 30도에는 거의 작동을 하지 않는다. 추운 곳에 갈때는 배터리 보온을 해주는 게 좋다.

 

배터리 사용온도는 영하 20도에서 영상 60도까지는 문제없다. 배터리를 연구 실험할때 영상 65도에서 충·방전, 가속 수명 실험을 한다.

 

배터리가 부풀어 오르는 현상은 내부 부피 팽창때문이다. 전지에는 원래 여유 공간(void volume)이 있다. 여유 공간을 재료로 다 채우면 전지는 더 작아진다. 부푼 전지는 전지 설계를 그만큼 촘촘하게 했고 여유공간이 부족해서 팽창한 것이다. 

 

배터리를 흔들거나 냉장고에 보관하면 살아난다는 것은 낭설이다.

 

전지 속 분말에 리튬이온이 안쪽과 바깥쪽에 들어 있는데, 충전으로 안쪽까지 전압이 공급돼야 다시 쓸 수 있다. 그런데 충전할 때 표면에서 안쪽까지 확산하는 데는 시간이 걸린다. 냉장고에 보관해둔 시간만큼 시간이 지난 것 뿐이다.

 

▶ 자동차에서 폰을 충전하면?

 

일반 자동차에서 휴대전화를 충전하는 것은 영향이 없다. 자동차 어댑터에도 전자 회로가 들어가 있어 11~12V로 발전기가 돌 때와 그렇지 않을 때 차이가 안 난다. 5V 이하로 내려오지 않는다. 자동차용 전지는 성능이 좋아서 휴대전화 배터리 충전으로는 충격받을 가능성이 없다. 휴대전화 사용 전기량이 차량에서 공급해오는 전기량보다 많으면 충전 %가 내려갈 수는 있다.

 

전지를 100% 까지 충전시키려면 시간이 오래 걸린다. 하지만 고유 용량의 80% 까지만 충전하면 시간이 확 줄어든다. 마지막 10%를 다 채우려면 그동안 걸린 충전시간만큼이 더 필요하다. 굳이 완전히 충전하지 않아도 쓸 수 있고, 충전이 빠르게 잘된다. 10~20분, 심지어 5분 내 끝날 수 있다. 전기차나 편의점 휴대전화 급속 충전도 똑같은 개념이다.