스마트폰이나 전기 자동차를 정기적으로 고속 충전한다면 흥미로운 패턴을 발견했을 수도 있습니다. 이러한 장치는 0%에서 80%까지 엄청난 속도로 충전되지만 속도가 느려지고 마지막 20% 포인트를 “채우는” 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸립니다. 이것이 바로 최신 스마트폰이 30분 이내에 80% 충전에 도달하는 것이 일반적인 반면, 인기 있는 EV는 Tesla Supercharger와 같은 DC 고속 충전기에 연결하면 정기적으로 약 15분 만에 80% 충전에 도달합니다.
우리는 이전에 Tesla와 같은 주요 EV 제조업체와 Apple 및 Samsung과 같은 휴대폰 제조업체가 최대 충전 수준을 80%로 명시적으로 권장하는 방법에 대해 논의했습니다. EV 제조사들은 이 방법을 배터리 마모를 최소화하는 방법 중 하나로 홍보하고 있습니다. 그러나 그들이 명시적으로 언급하지 않은 것은 자동차가 100% 완전 충전될 때까지 기다리는 것은 80% 지점에 도달한 후 배터리 충전 속도가 상당히 느려지는 방식을 고려할 때 자동차가 훨씬 더 오랜 기간 동안 충전소를 비축한다는 것을 의미한다는 것입니다.
이제 리튬 이온 배터리의 마지막 20%를 충전하는 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸리는 두 가지 주요 이유가 있습니다. 첫 번째는 최신 충전 시스템에 내장된 의도적인 안전 메커니즘이고, 두 번째는 배터리 화학에 관한 것입니다. 리튬 이온 배터리가 최대 용량에 도달하면 전압이 안전 상한선에 가깝게 상승합니다. 이 시점에서 최신 장치 내부의 배터리 관리 시스템은 이를 감지하고 배터리로 흐르는 전류를 자동으로 줄입니다. 이렇게 하면 배터리가 과열되는 것을 방지할 수 있습니다. 높은 충전 상태 수준에서 충전 프로세스를 늦추면 배터리의 내부 화학 물질을 보호하고 장기적인 내구성이 향상됩니다.
80% 이후 느린 충전의 이면에 있는 화학적 성질
제조업체에서는 배터리가 80% 충전된 후 의도적으로 충전 속도를 늦추지만 이는 전체 내용의 절반에 불과합니다. 또한 최신 리튬 이온 배터리의 화학적 특성으로 인해 완전 충전에 가까워질수록 더 빨리 충전되지 않는다는 것도 사실입니다. 이유를 이해해 봅시다. 일반 배터리와 마찬가지로 리튬 이온 배터리도 음전하를 띤 양극과 양전하를 띤 음극을 갖고 있습니다. 배터리를 급속 충전하는 과정에는 주로 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하는 과정이 포함됩니다.
배터리 충전량이 낮을 때 양극에는 들어오는 리튬 이온을 수용할 수 있는 충분한 공간이 있고, 리튬 이온이 이동할 수 있는 충분한 공간이 있습니다. 그러나 더 많은 리튬 이온이 양극에 도달할수록 새로운 이온이 양극 내부에 자리를 찾을 수 있는 공간이 줄어듭니다. 이로 인해 병목 현상이 발생하여 이러한 이온 중 여러 개가 대신 양극 표면에 쌓여 그 과정에서 금속 리튬으로 변하게 됩니다. 배터리 과학 용어로 이 현상을 리튬 도금이라고 합니다. 자, 이렇게 쌓인 이온이 나중에 점차적으로 들어올 수 있다고 생각했다면, 글쎄요, 그건 작동 방식이 아닙니다. 리튬 도금은 본질적으로 영구적이며, 이 문제를 완화하기 위한 노력이 진행되고 있지만 이러한 이온은 수명이 다할 때까지 양극 표면에 붙어 있습니다.
본질적으로, 80% 표시 후에도 리튬 이온 배터리를 계속해서 고속 충전하면 충전기는 이러한 리튬 이온을 양극으로 밀어넣는 것이 더 어려워지고 결국 리튬 도금 과정도 가속화됩니다. 이것이 바로 모든 배터리 제조업체/EV/스마트폰 브랜드가 80% 이후에는 충전 속도를 늦추거나 소비자에게 80% 지점에서 충전을 끌 수 있는 옵션을 제공하는 이유입니다.
