건전지.. 냉장고에서 충전 될까?

냉장고에 건전지를 보관하면 오래 가는 이유?

 

냉장고에서 갓 꺼낸 차가운 전지를 넣은 전기제품은 잘 작동되지 않습니다. 그러나 냉장고에 넣어두면 전지를 더 오래 보존할 수 있습니다. 이 두 현상은 모두 전지의 전력이 화학반응에서 나온다는 사실을 알면 쉽게 이해할 수 있습니다.

전지는 산화 환원반응이라는 화학반응을 통해 전자의 흐름, 곧 전류를 만들어냅니다. 그런데 거의 모든 화학반응은 온도가 낮아지면 그 반응 속도가 느려집니다. 따라서 냉장고처럼 실온보다 훨씬 낮은 온도에 둔 전지는 아주 적은 전류만을 만듭니다. 이 현상은 냉장고에서 갓 꺼낸 전지로 워크맨을 작동 시켜보면 금방 알 수 있습니다. 차가운 전지를 넣은 워크맨은 마치 다 닳은 전지를 넣었을 때처럼 길게 늘어지는 소리를 냅니다. 이 같은 원리 때문에 냉장고 속의 전지 수명은 더 긴 것입니다. 전지는 회로에 연결돼 있지 않아도 조금씩 화학반응을 일으킵니다. 쓰지 않을 때도 계속 전류를 만드는 거죠. 이 현상을 방전이라 부릅니다. 그런데 전지를 차갑게 하면 화학반응 속도가 느려져 방전도 줄어들고 수명도 길어집니다. 하지만 최근의 알칼리 전지는 워낙 보존기간이 길어 굳이 차게 보관할 필요가 없습니다.

 

볼타의 전퇴(電堆)에서 발전한 것이 건전지인데, 요즘 가장 손쉽게 전기를 만들 수 있는 것이 바로 이 건전지이다.

몇 십 년 전만 하더라도 건전지는 회중전등에나 이용될 뿐, 활용가치가 적었지만 지금엔 여러가지 전기제품에 두루 사용되고 있다. 그렇다면 전지 1개에서 나오는 에너지는 어느 정도인가. 1.5볼트 짜리 건전지는 외부저항 5Ω에서 500분간 사용할 수 있는 능력이 있다.

전지는 사용할수록 점점 전압이 떨어진다. 그러나 평균 1.3V의 전압으로 방전했다고 치면 역학적 에너지로 환산하여 1㎏의 물체를 1000미터의 높이로 들어올리는 에너지에 상당한다.

건전지는 1878년 프랑스의 르크랑셰란 사람이 발명한 르크랑셰전지를 휴대용으로 편리하게 간소화한 것인데, `망간전지`라고도 한다.

건전지의 구조는 그림에서 보듯이 중앙의 탄소봉(炭素捧)을 (+)극(양극) 바깥쪽의 아연통을 (-)극(음극)으로 하고 있다. 탄소봉의 둘레를 염화암모늄(NH4Cl)의 포화수용액에 이산화망간(Mn2O3)의 분말과 흑연의 분말을 반죽한 것으로 싼 다음, 이것을 다시 염화암모늄의 포화용액을 전분질로 풀처럼 만들어 굳힌 것으로 싸서 아연통속에 넣은 것이다. 그럼 이 건전지에서는 어떻게 해서 전기가 만들어지는 것일까. 염화암모늄은 용액 속에서 전리해서 다음과 같이 암모늄 이온 NH4+과 염화이온Cl-이 된다.

NH4Cl → NH4+ + Cl-

음극인 아연 Zn은 아연이온 Zn++이 되어 용액속에 녹고 아연통에는 전자를 남긴다. 그 때문에 아연통은 마이너스극이 된다. 액 속의 암모늄 이온 NH4+는 아연이온 Zn++에 의해 쫓겨나 탄소봉에 모이게 되고, 탄소봉에서 전자를 얻어 암모니아와 수소로 분해된다.

2NH4+ + 2e- → 2NH3 + 2H(e-는 전자를 나타낸다)

따라서 탄소봉은 전자가 부족하므로 플러스극이 된다. 탄소봉의 주위에서 발생한 수소는 그대로두면 탄소전극에 밀착되어 버리므로 전지의 능률이 떨어진다. 그 때문에 이산화망간의 산화작용을 이용하여 수소를 물로 변화시켜 버린다.

2H + 2MnO2 → H2O + Mn2O3

이런 작용이 일어나도록 사용하는 이산화망간과 같은 물질을 소극제(消極劑)라고 한다. 탄소봉과 아연통과의 사이에 전위차가 있으므로, 두 극 사이를 도선으로 연결하면 전류가 흐른다.