건전지

1 개요

dry cell. 양극은 망간을 사용하고 음극은 아연을 사용하는 1차전지로 통상 공칭 기전력 전압은 1.5V. 한자로는 乾(마를 건) 자를 써서 乾電池(건전지)라고 부르는 건 그 이전의 액체 전해질을 사용하는 습식전지와 구별해서 부르는 통칭으로 전해액에 따라 망간 전지와 알칼리 전지를 통틀어 건전지라고 부른다.

1차전지로서 일단 방전된 것은 다시 충전할 수가 없다. 흔히 보는 1차 전지처럼 생긴 (원통형 건전지)충전지를 충전하는 기계로 강제 충전은 일단 가능하다. 그러나 이럴 경우 내부에서 화학반응으로 인해 불안정한 불순물이 생성되어 성능 저하는 물론 폭발할 가능성도 있다! 7~80년대 백과사전에는 건전지에 송곳으로 구멍을 뚫어(...) 그곳으로 전해액을 집어넣어 수명을 늘릴 수 있다는 방법이 소개되어 있지만, 그렇게 했다가 문제라도 생기면 건전지 제조사가 책임을 지지 않는다. 일반 건전지형 충전지를 사서 충전해 가며 쓰든지, 아니면 돈 아까워도 그냥 새거 사서 쓰도록 하자. 새로운 전지를 살 때 전지의 용량을 보고 사는 습관을 들이면 비슷한 가격에도 가용 시간을 늘릴 수 있다.

2 구조

보통 전지는 전해액이 있어 이온화 과정의 전자를 이용하는 것을 전지라 부른다. 하지만 이 방식은 혹여 격벽에 흠이 생기면 전해액이 누수가 되고, 전지의 질량이 증가되는 문제점이 있었다. 이 문제점을 해결하기 위해 전해액을 섬유질이나 종이에 흡수시켜 액을 흐르지 않게 한 전지를 건(乾 : 마른)전지라 부른다.

양극에는 통상 탄소봉이 사용되지만 반응에 관여하는게 아니고 양극재료인 망간에서 발생한 전류를 모으는 도체 역할만 하므로 정확히는 망간-아연 전지. 실제 양극 재료는 가루 형태의 이산화망간. 이산화망간을 쓰는 이유는 전지 방전시 양극에서 수소가 발생하는 분극현상이 일어나 반응을 방해는데 이산화망간이 수소를 산화시켜 물로 만들어 제거하는 소극제(감극제) 역할을 한다.

알카리 전지는 전해질을 염화암모늄 염 대신 강알카리인 수산화 칼륨을 쓰는 것만 다르고 양극 음극 재료는 이산화 망간- 아연을 쓰는 건 같으므로 알칼리 전지도 엄밀히는 망간-아연전지의 일종이다.

3 역사

우리가 사용하는 건전지는 1870년 프랑스 화학자 르클라셰가 기전력 1.5V을 내는 르클라셰 전지가 그 원형이며, 1886년 독일인 카를 가스너 (Carl Gassner)가 기존의 전해질 용액을 사용하는 전지가 아닌 오늘날과 같이 이산화 망간을 양극으로 삼고 아연을 음극으로 삼고 전해액으로 염화암모늄을 석고와 섞어 풀을 만들어 아연 원통에 채우는 방식으로 개량한 전지의 특허를 독일과 미국에서 냈으며 1896년 대량 생산에 들어갔다. 생산을 용이하게 하기 위해 석고 대신 염화암모늄을 먹인 종이를 넣어 다시 한 번 개량이 이루어졌으며 같은 해에 손전등이 발명되었다.

1899년, 스웨덴의 과학자인 Waldemar Jungner는 니켈-철 전지와 니켈-카드뮴 전지를 최초로 발명했고, 토머스 에디슨도 별도로 니켈-철 전지를 발명해 전기자동차의 동력원으로 쓰기도 했다.

현대의 건전지는 과거와는 반대로 음극재료인 아연분말을 중심에 두고 탄소봉을 꽂아 음극에 연결하고 양극재인 이산화망간을 바깥쪽에 원통형으로 배치하고 금속통으로 감싸는 구조로 만든다.

4 분류

4.1 형태에 따른 분류

여러 가지 규격의 건전지들.
온갖 잡다한 규격이 다 있으나 가장 대중적인 모델만 서술한다.

• AAAA (LR8D425) - 일본에서는 UM-6(単6式)이라고도 한다.
• AAA (R03/망간) (LR03/알카라인) - 일본에서는 UM-4(単4式)이라고도 한다.
• AA (R06/망간) (LR06/알카라인) - 일본에서는 UM-3(単3式)이라고도 한다.
• CM (R14/망간) (LR14/알카라인) - 일본에서는 UM-2(単2式)이라고도 한다.
• DM (R20/망간) (LR20/알카라인) - 일본에서는 UM-1(単1式)이라고도 한다.
• E90 (R1/망간) (LR1/망간) - 여기까지는 모두 1.5V 이다. 일본에서는 UM-5(単5式)이라고도 한다.
• 6F22

9V 망간 배터리.

• 6LR61

9V 배터리. 외양과 크기는 6F22 배터리와 완전히 동일하고 전압도 같지만 이쪽은 망간이 아닌 알카라인으로 내부에 AAAA 사이즈 셀을 6개 뭉쳐놓았다. 다만에너자이저나 맥스웰 등의 업체에선 6F22와 6LR61을 가리지 않고 6LR61 으로 표기해두기 때문에 주의해야한다. 우리나라에서 AAAA를 구하기 어렵기 때문에 델 베뉴(태블릿 컴퓨터) 스타일러스 펜 등 AAAA를 쓰는 제품 시용자들이 많이 찾는데, 같은 규격의 6F22를 샀다가 낚이는 경우가 많다.

• 4FM (4R25)

6V 배터리. 주로 손전등에 사용된다. D보다 약간 큰 F사이즈의 R25 1.5V 전지 4개가 들었다.

• CR2

3V 리튬 배터리. 주로 카메라에 사용된다.

• CR123A

3V 리튬 배터리. 주로 자동카메라에 사용된다.

• A23

반토막 건전지라고 부르는 것으로 무려 12V이다. 까보면 단추형 전지가 8개 들었다(...). 진짜 AA를 반토막낸 사이즈의 건전지인 ER14250도 있는데, 이건 3.6V짜리 리튬 전지다(...).

• 18650, 18350

건전지의 형태로 유통되는 건 거의 없고 대부분이 리튬 계열 충전지이다. 구형 노트북의 배터리에 주로 사용되었으나 지금은 원통형이라 부피를 많이 차지한다는 점 때문에 잘 쓰이지 않는다. 테슬라의 전기자동차나 샤오미의 보조 배터리등 여러 용도로 사용되고 있는 규격이나, 대부분 가공되어 완성품 형태로 유통되기 때문에 일반인들은 별로 볼 일이 없다. 기껏해야 자전거의 플래시나 전자담배 MOD기기 정도?

이들과 비슷한 규격을 쓰는 것으로 니켈카드뮴 전지와 니켈수소 전지가 있는데, 규격 자체는 비슷해도 이 둘은 충전이 가능한 2차 전지다.

4.1.1 단추형 건전지

국제표기 규격인 LR(알카라인)과 SR(산화은), CR(리튬-이산화망간)을 베이스로 하고 한국 쇼핑몰에서도 잘 사용하는 홍콩 규격인 AG(알카라인), SG(산화은) 규격을 병기한다. 이외에도 어느 나라에서 생산되고 유통되냐에 따라서 명칭이 다 다르다(...). 오랫동안 생산되어와서 그런지 정작 규격은 똑같은데 나라별 규격 명칭이 난립하는 상황. 리튬은 CR(리튬-이산화망가니즈), FR(리튬-황철석), BR(리튬-플루오린화탄소) 로 나뉜다. 흔한건 CR과 FR이다.
손목시계나 초소형 손전등, 공학용 계산기 등에 들어가는 단추형건전지(버튼형 건전지라고도 한다)는 흔히 수은전지라는 이름으로 부르고 있지만, 정작 진짜 수은전지는 이미 1995년경에 생산 중지되었다. 요즘에 흔히 수은전지라고 부르는 것들은 단추형 알칼라인/산화은/리튬전지. 다만 과거에는 단추형 전지의 대부분이 수은전지였다보니 지금까지도 그 명칭이 관례적으로 굳힌 것으로 보인다.

• LR60, SR60 (AG1, SG1)
• LR66, SR66 (AG4, SG4)
• LR41, SR41 (AG3, SG3)
• LR45, SR45 (AG9, SG9)
• LR57, SR57 (AG7, SG7)
• LR44, SR44, SR44SW (AG13, SG13, AG14)
• LR54, SR54 (AG10, SG10)
• CR2016
• CR2025
• CR2032

메인보드 BIOS의 백업용 배터리로 쉽게 접할 수 있는 건전지이다.

자세한건 [1] 를 참고하자

4.2 화학적 구성에 따른 분류

기본 전해액의 성분에 따라 망간전지와 알카라인 전지의 두 종류로 나뉜다. 망간건전지는 염화 아연/암모늄, 알카라인 전지는 수산화 칼륨을 전해액으로 사용하는데, 전자의 경우는 잘못해서 분해되어도 그리 큰 위험은 없으나 수명이 짧고 자연 방전률이 매우 높아서 싸다고 많이 사두는 것은 좋지 않다. 한편 알카라인 전지의 경우 자연 방전률이 낮고 수명이 긴 대신 전해액이 강알칼리성이라 잘못 분해되면 매우 위험하다.

...까지가 정석적인 설명이지만, 사실은, 알칼리 건전지가 터지느니 휴대폰에 있는 리튬이온 충전지가 터질 위험성이 더 크고, 그리고 일반인들은 알카라인 전지의 위험성을 신경쓰지 않고 잘만 사서쓰고 있다. 리튬 전지의 항공기 수속(특히 일반항공우편, EMS) 규제가 점점 까다로워지고 있지만 일반 망간, 알칼라인 전지는 그 정도로 빡세게 규제받는 것은 아니다. 아무튼 알카라인 전지가 터지는 일이 많이 일어나는 것은 아니기 때문에 한번 알칼라인을 쓰게 되면 전지용량 문제(다시 말해 사용시간)때문에 망간전지를 쓰기 아주 꺼려진다. 1990년대 후반까지만 해도 가격 문제로 알칼라인 전지보다 망간 전지가 더 많이 쓰였지만 2010년대인 현재 AA, AAA 사이즈에서는 망간 전지의 사용 빈도가 낮다. 현재는 알칼리 전지가 시장의 80%를 차지하고 있다.

근래에는 같은 형태의 리튬 전지도 나오고 있는데 규격은 알칼라인 전지와 동일하게 나온다. 가격은 일반 알칼라인에 몇 배는 되지만, 무게가 가볍고 수명도 길고 고율방전에 유리한데다가 누액도 없고 저온에도 강한 등 장점이 많다. 특히 전지 교체 횟수를 줄여줄 뿐만아니라 신뢰성이 매우 높기 때문에 심장 페이스메이커 같은 곳에도 사용한다.

일반적으로 소재가 달라도 사용은 가능하지만, 항상 그런것은 아니다. 소재의 화학적, 전기적 특성에 따라 같은 규격으로 나온 배터리의 전압이 소재에 따라 살짝 다르다. 따라서 NiMH 전지를 쓰면 동작을 안하는데 알카라인 전지를 쓰면 동작하거나, 수십 년 전에 나와서 알카라인 전지를 끼우면 이상하게 동작하는데, 어떻게든 원래 사용되던 수은전지의 전압으로 맞추면 정상 동작을 하는 경우가 드물지만 발생할 수 있다. 이에 대해 자세히 알고 싶은 위키러는 영문 위키피디아 페이지를 참조하자.

5 한국산 브랜드

1990년대 중후반까지 서울+영남 기반의 '썬파워'(현재 벡셀)의 서통(구 서울통상), 호남 기반의 '로케트 건전지'의 로케트전기(구 호남전기)가 한국 시장의 양대 산맥을 이루었지만, 점차 해외 브랜드에 밀려 고가에서는 에너자이저나 듀라셀, 저가에서는 중국산에 밀려 샌드위치 신세가 되었다. 결국 2015년 2월 로케트 전지는 재정난으로 코스피에서 상장해제를 했고 7월 이후엔 청산절차를 밟을 예정이다.# 로케트 전지는 P&G 인수 이후로 듀라셀에 OEM 납품했었지만 듀라셀이 중국 자체 현지공장 생산을 늘리고 건전지 시장의 경쟁이 강화되자 경영난을 겪어서 청산절차까지 다다른 것이다. 하지만 2016년에도 여전히 로케트전지에서 다이소 납품용 건전지를 계속 생산하는 것으로 보아 회사 자체가 완전 청산되지 않은 듯.

그나마 벡셀은 중견 기업집단 SM그룹에 인수되어 지원을 받고, 독자적인 브랜드를 가진 덕택에 로케트 전지만큼의 위기를 겪지 않은 모양. 벡셀은 다이소에 OEM 납품하고 있으며, 국내 시장 점유율이 25%에 이른다고 한다.#

참고로 현재 시판중인 자동차용 로케트 배터리는 세방전지에서 생산하는 것으로 세방전지와 로케트전기는 모태가 되는 회사는 동일하지만 1978년 쪼개진 이후로 별개의 회사로 구분된다.

1990년대 중반엔 영풍에서 알카바를 내놨는데, 충전 가능한 알카라인 건전지라고 광고했다.

6 가성비

스마트컨슈머(구 K-컨슈머리포트)에 따르면 테스코 파워하이테크 건전지가 가성비가 가장 높은 것으로 밝혀졌다 #관련영상 성능은 약간 떨어지지만 하나에 300원이라는 미친듯한 가격으로 인해 1위로 올랐다. 당연히 건전지를 자주 갈기 싫다면 이걸 쓰면 안된다. 이에 관한 내용은 2012년 8월 27일 SBS 8시 뉴스에서도 보도되었다. 보도의 요는 가격이 싼 건전지일수록 가격대 성능비가 더 높아진다는 것. 뉴스 방송분

하지만 나쁘다고만 할 수는 없는 것이, 수확 체감의 법칙에 따라 품질을 높이면 높일 수록 같은 성능을 높이는 데 더 많은 기술력이 들어가게 되어 있다. 그 성능을 위해 가격차이를 감수하느냐는 것은 별개의 문제로 쳐야 하는 것이고, 비싼 물건일 수록 가성비가 떨어지는 것은 어쩔 수 없는 것. 애초에 가성비라는게 싼 값에 좋은 물건을 뜻하는 의미이기도 하고. 게다가 건전지는 용량만이 성능의 전부는 아니다. 방전률, 자체방전, 물리적인 내구성 등도 성능의 지표들이다. 용량 대 가격도 물론 중요한 지표이긴 하지만 그것만으로 단정짓지는 말 것.

그리고 저 보고서를 잘 보면 저 성능이 거기서 거기인 상황도 저율방전에서 해당될 뿐이고 중율방전이나 고율방전으로 갈수록 비싼(특히 리튬)건전지의 성능과 저가 건전지의 성능이 벌어지는것이 확연히 드러난다. 즉 (시계나 현관문같은)저율방전의 상황에서는 싼 건전지나 비싼 건전지나 큰 차이를 보이지 않지만 (고성능 랜턴, 카메라 플래시)고율방전으로 가면 비싼 건전지는 그 용량을 유지하는 반면 싼 건전지는 용량이 반토막을 넘어 심한경우 1/3로 떨어져보이는 것을 알 수 있다. 즉, 켜 두면 오래 가지 못하고 금방 방전되는 곳이나 순간순간 고출력을 요하는 곳에는 비싼 건전지를 쓰는게 좋고, 한번 꽂아 두면 언제 갈았는지도 가물가물하도록 오래 쓰는 곳에는 값싼 건전지를 써도 큰 차이가 없다는 것이다.

여담으로, 건전지를 분해하면 또 다른 건전지(!!)가 나오는 경우도 있다고. 물론 절대로 집에서 따라하지 말자. 스타일러스펜에 많이 쓰이는 AAAA 건전지를 오프라인에서 구하지못하여 9볼트 건전지를 분해해 얻는 사람도 있다고 한다.. 물론 되도록 시중에 나와있는 aaaa건전지를 구매하여 사용하자

건전지 종류와 사이즈에 따른 대략적 실효 에너지는 다음과 같다.
단위는 킬로 주울, 괄호안은 Watt-hour 단위, 무게 그램 단위 .

종류	알칼리	망간아연	니켈 수소 충전지	리튬 1차 전지 (1회용)
AAA	5.07 (1.41, 12)	1.27 (0.35, 9.7)	3.46 (0.96, 12)
AA	9.36 (2.60, 24)	2.34 (0.65, 19)	9.07 (2.52, 26)	31.1 (8.64)
C	34.40 (9.56, 65)	8.60 (2.39, 48)	19.44 (5.40, 82)	110.2 (30.60)
D	74.97 (20.83, 135)	18.74 (5.21, 98)	41.04 (11.40, 170)	246.2 (68.40)

요즘의 Long-life 알칼리 건전지의 우월성을 보여주고 있다.
참고로 AA 사이즈의 충전식 리튬이온 전지는 11.05 킬로주울, 3.1 Wh, 무게는 24 그램 정도.

7 기타

재난 상황이 벌어졌을 때 가장 중요한 물건 중 하나다. 실제로 인프라가 전멸 수준인 제3세계에서도 손전등과 라디오 정도는 사용할 수 있게 해주는 귀중한 물건. 전기를 끌어올 돈이 없어도 시장에서 건전지를 사는 사람은 널렸다. 물론 그것마저 꿈꾸기 어려운 벽촌도 있지만.

이 건전지 업계에서 듀라셀이 압도적으로 세계시장 점유율 1위이며 에너자이저가 2등이다. 이 양대 제조사를 제외하면 글로벌 브랜드를 가진 건전지 제조사는 없다. 물론 비싼값은 하긴하는데...

1936년 바그다드 인근에서 출토된 파르티아 제국 시기의 항아리에 전류가 흐른다는 사실이 밝혀졌다. 0.5 V, 3 mA의 전류가 출력되며 이를 이용해 쇠사슬을 도금했으리라고 추정 중. 뭐야 이 오버테크놀로지는.. 현대 과학기술로도 2000년 넘어까지도 오래 보관할 수 있는 전지는 없는데.. 건전지 기술의 로스트 테크놀로지? 하지만 학계에서는 이 항아리를 단순한 과일주 단지로 보기도 한다.

건전지를 사용하는 소형 플래시라이트에서 과거의 꼬마전구는 1.5 볼트 AA 건전지 2개 3 V로 구동했지만 요즘 은 효율이 좋은 LED 다이오드를 쓰는데 AAA 3개, 4.5 V 로 구동하는게 대부분이다. 이건 LED는 전압이 3 V~3.3 V 가 넘어야 제대로 동작하기 때문이다. 열쇠고리에 다는 초소형 미니 플래시 중에는 AAA 1개만 쓰는 경우도 있는데 그건 내부에서 전자회로로 전압을 높여서 LED를 구동한다.

삼키면 사망한다. 어른이 삼키는 경우는 없겠지만 어린이들이 매년 사망하고 있다.

8 관련 항목

• 전지
• 이차 전지
• 배터리 팩
• 에네루프
• 연료전지
• 원자력 전지
• 태양전지