기억효과(memory effect, lazy battery effect)
기억효과(memory effect, lazy battery effect) 또는 메모리 효과는 배터리에서 찾을 수 있는 효과로, 방전이 충분하지 않은 상태에서 다시 충전하면 전지의 실제 용량이 줄어드는 효과를 말한다. 원래의 뜻으로는 특정한 니켈카드뮴 전지에서 부분적으로 방전시킨 다음 반복적으로 재충전할 경우 최대 에너지 용량을 잃는 것을 말했다. 그러나 오늘날에 이 용어는 전지가 예측한 바보다 덜 충전되는 모습을 보이는 경우에까지 모두 해당한다.
2차전지를 모두 사용하지 않은 상태, 곧 전하가 충분히 남아 있는 상태에서 충전을 되풀이하면 전하가 남아있음에도 방전 전압이 떨어져서 용량이 줄어든 것으로 보인다. 그러나 이는 단지 방전 전압이 떨어지는 것일 뿐이므로 전지 자체가 열화하는 것을 뜻하는 것은 아니다.
기억효과는 Ni/Cd 전지에서만 나타나는 현상으로써 다른 전지에서는 없는 것이다. 그래서 Ni-Cd 전지용 전용충전기는 완전방전후 충전하도록 설계되어 있다. 일반적으로 전지는 Shallow charge-discharge를 하면 되면 수명이 증가하게 된다. 즉 사람과 마찬가지로 적당한 에너지를 사용하게 되면 수명을 단축시키지 않고 오래 사용할 수 있다. 니켈로 만든 전지에서는 활물질로 사용된 NiOOH에서 OH가 떨어졌다 붙었다 하면서 전하를 전달하는 현상이 충전과 방전이라는 전기적 흐름으로 나타난다. 여기서 shallow charge-discharge를 반복하면, 즉 조금 사용하고 다시 충전하고 조금 쓰고 또 충전하고 하면 NiOOH는 고용체를 형성하게 되는데 이 고용체의 형성은 비가역적인 반응이므로 한번 고용체가 생성이 되면 다시는 되돌아 가지 못하게 되어 남아 있는 용량을 사용하지 못하게 된다. 이와같이 전지가 마치 사용할 수 있는 용량의 한계를 기억하는 것과 같은 현상을 메모리효과(Memory Effect)라 한다. 따라서 Ni(니켈)을 포함하고 있는 전지는 만충전(100% 충전) 하였다가 완전히 바닥이 날때까지 사용(단, 전지가 허용하는 방전하한 상태까지만)하는 것을 반복하는 것이 가장 잘 사용하는 방법이다. 그러나 리튬이온 배터리는 메모리 현상이 없으므로 사용자가 임의대로, 주변환경에 따라 수시로 충전하여 사용하여도 거의 수명에 영향을 미치지 않는다.[1]
양극 전극으로 니켈(Ni)을 사용하는 2차전지를 충분히 방전하지 않은 상태에서 충전하면, 최대 용량에서 남아 있는 용량을 뺀 소모된 용량만 충전 가능한 용량으로 인식하는 현상. 실제로 전지의 용량이 줄어드는 것이 아니라 방전 전압이 떨어져서 용량이 줄어든 것으로 보이는 상태다.
니켈-카드뮴 전지(NiCd)는 기억 효과 때문에 소위 완충완방을 반드시 거쳐야 했다. (그렇다고 완전 쇼트시키라는 이야기는 아닌데, 의외로 전선을 그냥 통전시켜서 끝까지 극단적으로 쇼트시키는 사람도 아주 많았다) 이 문제를 해결하기 위해 충전기에 완전 방전을 비롯한 배터리 관리 기능을 내장하기 시작했다. 아직 니켈 2차전지는 에네루프라든지 통상 건전지 규격(AA, AAA등)으로 널리 사용되고 있으며, 니켈카드뮴 대신 니켈수소 방식을 이용한다. 니켈수소 방식은 기억효과가 없다고 한다. 정확히 말하면, 기억효과가 있긴 있는데 그 영향이 미미해서 문제가 되기 전에 배터리 수명이 먼저 끝난다고 한다.
기억효과가 해결된 리튬이온 배터리(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 배터리(Li-ion polymer)가 도입되면서 이들에 한해 완충완방은 옛 이야기가 되었다. 과충전과 과방전을 방지하기 위한 보호 회로가 작동하기 때문에 리튬이온을 일부러 완충완방하는 것은 불가능하며, 잔량이 적은 상태로 방치하여 자연 방전을 통해 완전히 방전시키는 것만이 가능하다. 그리고 그렇게 되면 고장난다. 리튬이온을 방전이 곧 열화를 의미하지만 그렇다고 잔량이 없는 상태로 방치하면 셀에 돌이킬 수 없는 타격을 입는다.
리튬 계열 충전지를 오래 쓰고 싶다면, 수시로 충전하고 50% 이상으로 유지하는 것이 좋다. 배터리 소모를 최대한 자제하면서 잔량이 떨어지도록 방치해서는 안 된다. 가장 손쉬운 방법은 그냥 충전기에 연결한 상태로 두는 것이다. KERI(한국전기연구원) 배터리 가이드북 링크. 다만, 과충전 방지 회로가 오동작할 경우 과방전만큼이나 바람직하지 않으므로 보통 분리해서 냉암소에 보관하되 주기적으로 충전하는 것을 권장한다. 50~80% 정도의 충전량을 늘 유지하는 것이 가장 이상적이라고 알려져 있다.
과충전/과방전 방지 보호 회로가 전지의 잔량을 제대로 읽어들이지 못하는 경우가 있어, 실제로 용량이 줄어든 것이 아닌데 그렇게 표시되는 경우가 있으며 이를 기억 효과로 통칭하는 경우도 있다.
참고자료[편집]
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