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배터리 성능 저하 없는 급속충전, 가능할까? – Sciencetimes

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[IT애정남] 고속충전, 무선충전은 배터리 수명에 악영향? 오해?

[IT애정남] 고속충전, 무선충전은 배터리 수명에 악영향? 오해? 김영우 [email protected]

[IT동아 김영우 기자] IT 전반에 관한 의문, 혹은 제품 및 서비스의 선택에 고민이 있는 독자들의 문의 사항을 해결해드리는 ‘IT애정남’입니다. 예전에 소개한 노트북 충전기 관련 기사 때문인지 최근 충전기 및 배터리 관련 문의가 자주 옵니다. 부족하나마 답변을 드리고자 합니다. 이번에 문의를 주신 johnxxx님의 경우는 충전방식과 배터리 내구성 사이의 상관관계에 대해 질문을 주셨습니다. 문의 내용은 다음과 같습니다(일부 내용 편집).

스마트폰 고속충전의 사례

저는 C타입 단자를 가진 핸드폰을 쓰고 있는데요. 요즘 온라인에 고속 충전기나 무선 충전기가 많이 팔리고 있어서 이와 관련해 몇 가지 질문을 드리고자 합니다.

첫째, 너무 빨리 충전되면 핸드폰 수명에 안 좋은 영향이 있는지 궁금합니다

둘째, 그렇다고 너무 싼 것은 조금 그런데, 제품을 고르는 기준이 궁금합니다 감사합니다!

고속충전, 무선충전 자체는 OK, 문제는 관리 습관

안녕하세요. IT동아입니다. 저희 기사에 관심을 주셔서 감사합니다. 요즘 충전기나 배터리 관련 질문이 많이 오네요. 우선 고속충전이나 무선충전을 하면 배터리가 빨리 고장 난다는 이야기는 예전부터 종종 있었습니다. 의심되는 사례가 있었다는 뜻이겠죠. 정확히 따지자면 고속충전이나 무선충전 기술 자체가 배터리 수명에 큰 영향을 미치지는 않습니다. 다만 고속충전, 무선충전 기능을 이용하는 과정에서 사용자가 제품을 잘못 관리하는 경우가 많기 때문에 결과적으로 배터리 내구성이 저하되는 경우가 있는 게 사실입니다.

과충전 우려 있는 고속충전, 100% 되면 분리해야

배터리의 수명은 충전방식 보다는 발열이나 과충전, 그리고 충전 횟수에 더 큰 영향을 받습니다. 일단 과충전의 경우, 충전이 완료된 후에도 계속 충전을 지속하는 것입니다. 이는 배터리에 큰 무리를 주기 때문에 100% 충전이 완료되면 바로 충전기를 분리하는 것이 좋죠.

충전 시간이 빠르면 충전 완료 후에도 과충전 상태를 방치할 가능성이 있다

하지만 고속충전을 하면 일반충전에 비해 빠르게 충전이 끝나기 때문에 배터리 100% 이후에도 과충전을 하는 경우가 자주 발생합니다. 그래서 결과적으로 배터리 고장을 유발하기도 하죠. 이는 주로 2010년대 이전에 출시된 모바일 제품들이 그랬습니다. 하지만 다행히도 요즘 출시되는 모바일 기기들은 대부분 과충전 방지 기능을 기본 탑재해서 나옵니다. 배터리 충전이 완료되면 내부적으로 충전을 자동 중단해 과충전을 방지합니다. 요즘 나오는 스마트폰들은 고속충전기를 이용한다 해서 과충전으로 배터리가 빨리 망가지지는 않는다는 거죠. 그래도 어지간하면 배터리 100% 상태에선 충전기를 분리해두는 걸 추천합니다.

충전 횟수 증가 및 발열에 유의해야 하는 무선충전

충전 횟수 증가 역시 배터리 수명을 줄이는 요인 중 하나입니다. 특히 최근 스마트폰에서 주로 쓰는 리튬이온 방식 배터리의 경우, 충전 횟수가 500회 정도를 넘으면 성능 저하가 체감되기 시작하고 1000회를 넘으면 사용 가능 시간이 눈에 띄게 줄어듭니다.

무선충전 기능을 이용할 때는 충전 횟수와 발열에 신경을 쓰자

무선충전 기능은 스마트폰을 충전기 위에 두는 것 만으로 충전이 시작되고 또 언제라도 제품을 다시 들기만 하면 충전을 중단하고 이용을 이어갈 수 있어 편리하긴 합니다. 다만, 이렇게 사용하다 보면 유선충전에 비해 충전 및 방전 횟수가 빠르게 증가하게 됩니다.

그리고 무선충전은 유선 충전에 비해 충전속도가 느린 편이고, 일부 무선 충전기는 발열이 심해서 이 역시 배터리 내구성에 안 좋은 영향을 미치곤 합니다. 따라서 무선충전 기능을 이용한다면 너무 자주 충전과 방전을 반복하지 않는 것, 그리고 고온 상태로 너무 오랫동안 제품을 방치하지 않는 것이 중요하니 참고하시길 바랍니다.

배터리 0% 상태로 방치하지 않아야

그 외에 배터리 관리 면에서 꼭 기억해야 할 점은 완전히 방전된 상태로 방치하지 않는 것입니다. 스마트폰에 주로 쓰는 리튬이온 배터리의 경우, 잔량 0% 상태로 오랫동안 방치하면 빠르게 수명이 줄어듭니다. 오랫동안 제품을 쓰지 않고 보관하려 한다면 꼭 배터리를 완전히 충전한 상태로 보관하시길 바랍니다. 그리고 쓰지 않아도 조금씩 배터리 잔량이 줄어들기 때문에 잘 쓰지 않는 제품이라도 가끔은 꺼내서 충전을 해주는 것이 수명 유지에 큰 도움을 줍니다.

정품 충전기, 인증 받은 충전기를 추천

마지막으로, 충전기 역시 제품마다 당연히 품질 차이가 있습니다. 가장 무난한 건 제조사에서 공인한 정품 충전기를 이용하는 것이고, 외부업체의 것을 이용한다면 애플의 MFI(Made For i)나 퀄컴 퀵차지(Quick Charge, QC) 등의 인증을 받은 제품을 이용하는 것이 좋겠지요.

국내 환경에 적합함을 인증하는 KC 마크

저런 인증이 없는 보급형 제품을 이용해야 한다면 대한민국정부에서 부여하는 KC(Korea Certification) 인증이라도 받은 제품인지를 꼭 확인해 주세요. 비공식적인 경로로 국내에 들어온 병행 수입 제품 중에 KC마크가 없는 경우가 많은데, 이런 제품은 국내 환경에서 정상적인 동작을 보장하지 않습니다. 이를테면 같은 220V 전압이라도 한국에선 60Hz, 러시아에선 50Hz가 표준입니다. 이렇게 규격에서 어긋난 충전기를 이용하면 오작동이나 제품 고장을 유발한다는 점을 기억하시길 바랍니다, 감사합니다!

‘IT애정남’은 IT제품이나 서비스의 선택, 혹은 이용 과정에서 고민을 하고 있는 독자님들에게 직접적인 도움이 되고자 합니다. PC, 스마트폰, 카메라, AV기기, 액세서리, 애플리케이션 등 어떤 분야라도 ‘애정’을 가지고 맞춤형 상담을 제공함과 동시에 이를 기사화하여 모든 독자들과 노하우를 공유할 예정입니다. 도움을 원하시는 분은 [email protected]으로 메일을 보내 주시기 바랍니다. 사연이 채택되면 답장을 드리도록 하겠습니다.

글 / IT동아 김영우 ([email protected])

휴대폰 배터리 수명 – 배터리 조금 더 오래쓰기 (무선충전,고속충전)

안녕하세요.

하고싶은게 비행✈ 인 사람입니다.

보통 휴대폰을 중고로 사게 되면

기본적인 결함테스트를 제외하면

가장먼저 하게 되는 것은 바로

배터리 성능 테스트 입니다.

아이폰의 경우 설정 -> 배터리 에 들어가면 배터리 상태를 확인할 수 있으며

cycle 을 확인하고 싶은 경우 여러가지 방법이 있겠지만

‘3Utools’ 라는 프로그램을 설치해서 확인할 수 있습니다.

이렇게 배터리 성능을 확인하게 되면 마치 그것이 휴대폰의 수명인냥 생각하게 됩니다.

이 포스팅을 쓰는 것은 휴대폰을 구매하게되면 오래 사용하는 분들을 위한 것입니다.

아이폰의 경우도

구매 후 1년 이내에 배터리 수명이 80% 밑으로 떨어지는 경우 무상교체 해주고 있습니다.

그냥 편하게 쓰시고 싶으신 분들은 막 쓰시면 되며

배터리 유상 교체비용도 10만원 안쪽이라,

1년을 두고 봤을 때 그렇게 큰 금액이 아니기 때문에

스트레스를 받으면서까지 배터리 수명을 신경쓸 필요가 없다고 생각합니다.

1. 리튬 이온 배터리

보통 리튬 이온 배터리를 사용하고 있습니다.

이제는 많이들 알고 계시지만 배터리를 충전하고 싶을 때 충전하면 됩니다. 억지로 방전을 기다리거나

완충을 기다릴 필요가 없습니다.

충전 사이클을 신경쓸 필요가 있는데 1회의 사이클이란 0% ~ 100% 를 충전했을 때를 이야기합니다.

만약 휴대폰을 50% 부터 100% 충전을 했을 경우 0.5 회의 충전 사이클이 됩니다.

https://www.apple.com/kr/batteries/why-lithium-ion/

2. 급속충전

요새 급속충전이 많아졌는데

급속충전의 경우 급속충전을 지원하는 휴대폰과 급속충전을 지원하는 충전기가 필요합니다.

그리고 필요에 따라서는 cable 역시 포함됩니다.

이 고속충전은 0%부터 100% 까지 충전할 때 되는것은 아닙니다.

0~80% 까지 충전할 경우 급속충전을 지원하며

80~100% 까지는 세류 충전을 하게 됩니다.

그 이유는 바로 온도 때문입니다.

3. 충전 사이클과 배터리 수명의 관계

충전 사이클이 많을 수록 배터리의 수명이 줄어드는 것은 맞습니다.

다만 얼마나 줄어드냐의 차이는 있을 수 있습니다.

중고폰들을 구매하기 위해 확인하다 보면 배터리 수명을 표기하는 경우가 있는데

배터리 사이클과 배터리 수명이 꼭 비례하는 것이 아니란 것을 알 수 있습니다.

6개월이 지났는데 아직도 100%인 경우가 있고

6개월도 안 지났는데 벌써 95% 인 경우도 있죠.

충전 사이클이 높다고 반드시 배터리 수명이 낮지 않다는 말입니다.

어떻게 배터리를 사용하느냐에 따라서 배터리 수명을 길게도 짧게도 쓸 수 있다는 말이 됩니다.

1) 온도

먼저 휴대폰을 사용할 때의 온도를 확인해야 합니다.

애플에서 이야기 하기를

애플 기기의 사용 최적 온도는 16~22’C 입니다.

그리고 ’35’C 이상이 될 경우 배터리 용량이 영구적으로 손상될 수 있다. 고온에서 기기를 충전할 경우 배터리는 더 손상될 수 있다.’ 라고 이야기 하고 있습니다.

배터리의 충전량이 많아질수록 Voltage 는 올라가게 됩니다. 그 말은 더 많은 열을 내게 된다는 말인 동시에

배터리 수명에 좋지 않다는 말이 됩니다.

https://www.apple.com/kr/batteries/maximizing-performance/

배터리 온도, 사이클과 수명에 관한 실험에서는

약 25’C 에서 3,800 회의 충방전을 했을 때 배터리 수명이 80%가 되었으나

약 40’C 에서는 2,000 회의 충방전을 했을 때 배터리 수명이 80% 가 되었다고 합니다.

15’C 밖에 차이가 나지 않을 수 있지만 이는 분명 배터리 수명에 영향을 줍니다.

2) 고속(급속) 충전 + 무선충전

고속(급속) 충전의 경우 저속충전보다 많은 열을 내게 됩니다.

정상범위를 초과하는 온도가 될 경우 배터리의 상태에는 더 좋지 않다는 말입니다.

그렇기 때문에 80% 이상에서는 세류충전을 하게 되는 것입니다.

그렇다면 고속(급속) 충전이 배터리 수명에 악영향을 주느냐?

그것은 아니다 라고 합니다.

고속충전이 나쁘게 만드는 것이 아니라 휴대폰 (배터리)에 가해지는 열이 수명에 영향을 끼치는 것이기 때문에

저속충전을 하건 급속충전을 하건 적정 온도만 유지해준다면 수명에 영향을 주지 않습니다.

그렇다면 무선 충전은?

위와 동일합니다.

무선충전이 유선충전보다 더 많은 열을 냅니다. 그러나 적정온도 안에서 있을 수 있다면 수명에 악영향을 끼치지는 않습니다.

4. 배터리 수명 연장하며 사용할 수 있는 방법

위 스크린샷은 제가 사용하고 있는 노트북의 배터리 관리 프로그램입니다.

많은 노트북 제조사에서 이런 배터리 관리 프로그램을 제공하며

배터리 수명 연장을 위하여 최대 충전량을 80% 로 제한하게 합니다.

아이폰에서는 사용자의 기상시간을 체크하여

80%까지 충전제한을 하게 두었다가 일어날 시간에 맞추어 100% 까지 충전하는 기능을 추가해 놓았습니다.

배터리를 항상 충전상태로 두어 100%를 항상 유지하며 쓰는것은 좋지 않습니다.

종종 좋지않은 충전기를 쓸 때 보면 분명 완충후 시간이 제법 지났는데도 충전기나 휴대폰이 계속 뜨거워져있는 경우를 볼 수도 있습니다.

이런 일을 만들지 않기 위해서 위의 프로그램을 수동으로 해주는 것입니다.

1) Battery 를 20~80% 까지만 충전하기

휴대폰을 사용할 때 20~80% 범위에서만 사용하는 것입니다.

그렇게 되면 100%로 항상 충전하는 경우보다 2~3 배 연장하여 사용할 수 있습니다.

2) 20~60% 까지만 충전하기

이렇게 할 경우 5~10배까지 연장할 수 있다고 합니다.

3) 아이폰의 경우 Shortcut 이용하기

충전중인 것을 깜빡하는 경우가 있습니다. 그럴때를 대비하여 알람기능을 만들 수 있습니다.

아이폰의 경우 Shortcut 을 이용하여 60% 또는 80% 등 일정 수준까지 충전 된 경우 알람을 주게 만들 수 있습니다.

4) 저전력모드 사용하기

5) 휴대폰을 가능한 시원하게 유지하기

6) 배터리 충전할 때 케이스 벗기기

5. 정리

1) 고속충전이나 무선충전 자체가 배터리 수명을 단축시키는 것은 아니다

2) 고온으로 유지될 때 배터리 수명은 더 많이 떨어진다

3) 20% ~ 60% 또는 80% 정도까지 제한하여 충전하여 사용하는 것이 좋다

4) 내돈주고 산 휴대폰 스트레스 받으며 쓰느니 차라리 배터리 수명 줄었을 때 유상 교체하는게 정신건강에 좋다

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배터리 성능 저하 없는 급속충전, 가능할까? – Sciencetimes

자는 동안 스마트폰 충전하는 것을 깜빡한 다음날이면 급속충전이 무척 절실해지는데요. 그런데 급속충전을 자주 하면 배터리 성능이 저하된다는 사실, 알고 계셨나요?

급속충전이란?

​가끔 길거리에 ‘스마트폰 급속충전 10분’이라는 문구가 보이는데요. 급속충전은 일반적으로 충전하는 데 걸리는 시간을 절반 이상 수준으로 줄일 수 있습니다. 전기자동차의 경우, 느리게 충전할 때 6시간 걸리는데, 급속으로는 약 30분 정도 만에 충전할 수 있는 기술이 등장하고 있습니다.

​급속충전은 규격 전류 이상의 큰 전류를 흘려 충전하는 방식입니다. 쉽게 말해 더 많은 전류를 흘려보내 빠르게 채워넣는 것이죠. 현재 시중에 나와있는 대부분의 스마트폰 고속충전 기술은 충전 전압을 기존 5V에서 9V로 높여 충전하는 방법을 사용하고 있습니다. 급속충전은 빠르게 충전할 수 있다는 장점이 있지만, 배터리의 성능에 무리를 준다는 단점이 뒤따르기도 합니다.

배터리 화재, 급속충전이 원인?

​현재 스마트폰, 전기자동차, ESS 등에 가장 많이 사용되고 있는 배터리는 리튬이온 배터리입니다. 리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극(+)에 저장되어 있다가 전해질을 통해 음극(-)으로 이동해 충전되며, 음극에 저장된 리튬이온을 양극으로 이동시켜 에너지를 발생시킵니다. 충전 시에 리튬이온이 음극으로 빠르게 이동하여 저장될수록 충전시간은 줄어드는데, 이 과정에서 결정 구조의 변화가 작은 흑연이 주로 음극 소재로 적용되고 있습니다.

그런데 기존 리튬이온전지의 경우, 급속충전을 하게 되면 흑연으로 이루어진 음극 표면에 리튬이 석출될 가능성이 높습니다. 석출(deposition)이란 액체에 녹아있던 리튬이온이 전기화학적 환원 반응에 의해 흑연 결정 내로 삽입되지 못하고 흑연 표면에 다시 리튬 고체로 변하는 것을 말하는데요. 저온에서 충전하거나 과충전할 경우, 이러한 현상이 일어날 가능성이 큽니다.

​이렇게 리튬이 석출되면 양극과 음극이 만나는 것을 물리적으로 막고 있는 분리막을 뚫게 되고, 내부에서 쇼트가 일어나면 발화하게 되는 문제점이 있습니다. 급할 때가 아니면 급속충전은 자주 하지 않는 것이 좋다고 하는 이유입니다.

더 나은 미래를 위한 과학자들의 노력!

​급속충전을 하게 될 경우 위와 같은 문제가 발생할 수 있기 때문에 우리는 잠을 자는 긴 시간 동안에 스마트폰을 충전해두는 불편함을 겪고 있는데요. 이런 문제점을 해결한다면 더욱 편리한 전기 생활을 할 수 있을 것입니다. 특히 전기자동차의 경우, 가솔린 자동차의 주유속도만큼 빠르게 충전할 수 있다면 더욱더 대중적인 교통수단이 될 것입니다.

​더 나은 미래를 위해 많은 과학자들은 어떤 노력을 하고 있을까요? 문제를 해결하기 위해 충전프로토콜을 정전류 충전 방식에서 펄스형 충전 방식으로 변경하거나, 전극의 밀도를 다소 낮춰서 설계하는 등의 방법 등이 진행되어 왔습니다. 그러나 크기가 작으면서도 용량이 높기 위해서는 에너지밀도가 높은 것이 중요한데, 에너지밀도가 높으면서도 급속으로 충전할 수 있는 소재 기술은 전무한 상황이었습니다.

​그러다 최근 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관 한국전기연구원(KERI)이 에너지밀도가 높으면서도 급속충전을 해도 배터리의 수명이나 안전성에 영향을 미치지 않는 기술을 개발했습니다. 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에도 게재되는 등 많은 주목을 받고 있는데요. 흑연 입자표면에 금속인화물 촉매를 코팅하여 성능을 개선한 기술인데요. 특히 이 기술을 적용하면 급속충전을 할 때 리튬이 석출될 가능성을 줄이게 되어 배터리의 발화 가능성을 현저히 낮출 수 있습니다.

​[관련기사-‘전기연구원, 배터리 급속충전 성능·안전성 보장기술 개발’]

앞으로 어떤 미래가 펼쳐질까?

2019년 7월 일본 수출규제를 기점으로 소부장(소재·부품·장비) 자립화가 중요해졌는데요. 만약 이번 기술이 국내 이차전지 소재업체나 제조업체에 기술이전되면, 일본이나 중국에 의존해 수입해오던 인조 흑연 소재를 대체할 수 있는 효과로 이어질 것으로 예상하고 있습니다.

​또, 많은 사람들이 전기자동차의 구매를 망설이는 이유는 충전 문제와 화재의 위험성 때문일 것입니다. 휘발유 차가 주유하듯이 빠르게 충전할 수 있다면 전기자동차의 대중화는 시간 문제일텐데요. 이번 기술이 적용될 경우, 전기자동차의 충전 시간을 10분으로 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 또한 배터리의 화재 위험까지 줄어들어 안전함까지 기대할 수 있을 것입니다.

* 이 글은 한국전기연구원(KERI)으로부터 제공받았습니다.

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