건전지의 구조

건전지의 구조

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 여러 가지 전기제품에 두루 사용되고 있다.

그렇다면 전지 1개에서 나오는 에너지는 어느 정도인가. 1.5볼트짜리 건전지는 외부 저항 5 Ω에서 500분간 사용할 수 있는 능력이 있다. 

사용할수록 점점 전압이 떨어지는 특성을 가진 전지는 평균 1.3V의 전압으로 방전했다고 가정하면 역학적 에너지로 환산해 1kg의 물체를 1,000미터 높이로 들어 올리는 에너지가 발생한다.

건전지는 1878년 프랑스의 르크랑셰란 사람이 발명한 르크랑셰 전지를 휴대용으로 편리하게 간소화한 것인데, ‘망간전지’라고도 한다. 건전지의 구조는 중앙의 탄소봉(炭素棒)을 (+)극(양극), 바깥쪽의 아연통을 (-)극(음극)으로 하고 있다. 염화암모늄의 포화수용액에 이산화망간의 분말과 흑연의 분말을 반죽한 것으로 탄소봉의 둘레를 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 염소 이온 CH-이 된다. 음극인 아연 Zn은 아연 이온 Zn++이 되어 용액 속에 녹고 아연 통에는 전자를 남긴다.  그 때문에 아연통은 마이너스 극이 된다. 액 속의 암모늄 이온은 연 이온 NH4+에 Zn++의해 쫓겨나 탄소봉에 모이게 되고, 탄소봉에서 전자를 얻어 암모니아와 수소로 분해된다. 따라서 탄소봉은 전자가 부족하므로 플러스극이 된다. 

탄소봉의 주위에서 발생한 수소는 그대로 두면 탄소전극에 밀착되어 버리므로 전지의 능률이 떨어진다. 그 때문에 이산화망간의 산화작용을 이용하여 수소를 물로 변화시켜 버린다. 이런 작용이 일어나도록 사용하는 이산화망간과 같은 물질을 소극제(消極劑)라고 한다. 탄소봉과 아연통과의 사이에 전위 차가 있으므로, 두 극 사이를 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다. 

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 건전지의 구조