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배터리는 구동 전압이 높을수록 방전시간 대비 충전시간이 길며 반대로 구동 전압이 낮을수록 방전시간 배비 충전시간이 길다. 또 기본 제공되는 배터리팩의 용량이 크다고 해서 무조건 사용시간이 길다고는 볼 수는 없다. 액정의 사이즈, 절전형 부품의 사용 정도, CPU 클럭, 그래픽 칩셋의 소모 전력량 등에 따라 배터리 운용시간은 많은 차이를 보인다. 하지만 기본적으로 대용량 셀을 내장한 모델이 배터리 구동시간에 있어 유리한 것은 사실이다.
그럼 배터리의 용량을 나타내는 [Ah]은 무엇을 의미하는가?
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많은 사람들이 [Ah]라는 단위와 [A]라는 단위를 혼동한다. 하지만 AH라는 단위는 암페어와는 다른 단위로 배터리의 용량 즉, 사용시간을 나타내는 단위이다. 즉 1 AH 용량의 배터리는 1 A(암페어) 전류를 1 시간 동안 사용할 수 있는 용량만큼의 충전이 가능하다는 의미이다.
즉 동일한 전류를 사용하는 노트북이라면 2AH 배터리를 사용할 때가 1AH 배터리를 사용할 때보다 이론적으로 두 배에 해당하는 사용시간을 확보할 수 있다는 의미이다. 보통 배터리팩에는 1Ah를 1000mAh 단위로 표기한다. 예를 들어 특정 노트북 PC가 총 25W의 파워를 일정하게 사용하게 된다고 가정해 볼 때 -파나소닉 W2 시리즈와 같이 초절전형 모델에 해당 - , 시간당 소비 전력은 약 1.04A에 해당한다. 이 경우 6600mAh 용량의 배터리팩으로 사용할 수 있는 최대 구동시간은 약 6시간 20분 정도가 되는 것이다.
올바른 노트북 배터리 관리법은?
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이미 잘 알려진 것처럼 리튬이온 배터리는 낮은 레벨의 충방전을 반복해도 낮아진 방전 레벨에서 전압 강하를 일으키는 일명 '메모리 효과'가 거의 없다. 따라서 전압 강하로 인한 메모리 효과를 보였던 니켈 카드뮴 전지나 니켈 수소 전지와 같이 완전 방전과 완전 충전 습관이 필요치 않다.
그런데 니카드 배터리나 니켈 수소 배터리로 노트북을 구동시키던 시절부터 내려오던 배터리 관리법의 영향으로 아직도 일부 노트북 사용자들은 '완충완방'이 노트북 배터리 관리의 필수 요소라고 생각한다.
그러나 '리튬이온 전지의 올바른 관리법은 완전충전/완전방전을 반복 해주는 것이 아니라 '조금 사용하고 충전하는 방식'으로 사용하는 것이다. '리튬이온 전지는 메모리 현상이 거의 없으므로(사실 리튬이온 전지가 메모리 효과가 있는지의 여부는 아직도 논란거리이다.) 조금 사용하고 조금 충전하는 사용법이 바람직하다고 한다. 즉, 배터리로 노트북 사용시 0%까지 방전시키지 말고, 사용하다 배터리 잔량이 얼마 없을 때 바로 충전기에 꽂아 충전을 시키는 것이 가장 효과적이라는 것이다.'
가급적이면 노트북 배터리가 10% 이하까지 방전될 정도로 반복 사용하는 것은 좋지 못하며 그런 상태로 배터리팩을 오래 보관하거나 방치하는 것도 좋지 못하다. 될 수 있으면 충전 잔량이 30 ~ 40% 정도 남아 있을 때 충전을 하는 것이 바람직하며 장기간 보관 할 때에도 이 정도 상태를 유지하도록 관리해 주는 것이 좋다. 2차 전지의 경우 오랫동안 사용하지 않고 방치해두면 전지의 자기방전에 의해 과방전되어 전지의 성능저하와 수명단축 현상이 발생하게 되는데 리튬이온 전지의 경우 니카드 전지처럼 납축전지들이 비해 자기방전율이 매우 낮다.
대체적으로 월당 약 3~5% 정도의 자기방전률을 가지고 있기 때문에 상당기간 사용하지 않고 보관해 둔다고 해서 전지의 성능이이나 수명이 비약적으로 떨어지는 일은 좀처럼 발생하지 않는다.
노트북의 배터리 팩은 단일 셀이 아닌 여러 개의 리튬 이온 단전지로 구성되어 있기 때문에 셀간의 전압이 균일하지 못한 때나 완전 방전시와 같이 저전압 상태에서 보관하게 되면 내장된 여러 개의 리튬 이온 전지 중에 특정 셀에 문제가 발생하게 된다. 6개의 셀 중 단 하나의 셀이라도 망가지는 날에는 배터리팩 전체를 사용할 수 없는 결과를 초래할 수 있기 때문에 배터리 보관시 충전 잔량에 대해 특히 신경을 써야 한다.
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또 배터리 수명을 연장하려면 '배터리를 랩으로 싸서 냉동실에 보관해야 한다'고 생각하는 사람들도 있다. 이 방법도 올바른 배터리 관리법이 아니다.
이론적으로는 저온 상태에서 배터리를 보관하게 되면 배터리의 수명을 조금 더 늘릴 수는 있겠지만 결론적으로 말하자면 배터리 전체적인 수명을 단축시킬 수 있는 상당히 위험한 방법에 해당한다.
배터리팩뿐 아니라 배터리팩을 구성하는 각각의 전지 셀에도 극을 가지고 있는 금속이 있는데, 만약 극저온 상태에서 장기간 보관했던 배터리팩을 상온으로 꺼낼 경우, 완전히 진공상태의 환경이거나 배터리팩이 방수처리로 밀봉되어있지 않은 경우에는 공기 중의 물분자가 들어오게 되며 극을 이루는 금속에 이슬이 맺히게 한다.
아주 극소량일지라도 이는 금속에 녹이 스는 원인을 제공하며 그로 인해 전체적인 전지 수명에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 또한, 저온상태의 전지 바깥쪽 극이, 노트북 쪽의 단자와 접속하게 될 때 열평형 상태에서 열전도 현상으로 전이되게 되면 전지 내의 전극 금속에 녹이 슬어 전지를 못쓰게 망치는 것과 동일한 반응이 일어나 노트북까지 망가뜨려버리는 심각한 사태까지 발생할 수 있다고 한다.
리튬폴리머 전지란?
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사진설명 : 리튬폴리머 전지는 크기와 무게의 이점으로 PDA에 주로 탑재된다.
이미 PDA와 같은 소형 단말기에서는 리튬이온 배터리 보다는 리튬폴리머 배터리를 많이 채용하고 있으며 일부 모델에 국한되어 있기는 하지만 노트북에도 리튬폴리머 배터리팩이 기본 제공된다. 리튬 이온 폴리머 전지란 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 배터리의 안전성 문제를 해결하기 위해 고안된 2차 전지로 그 작동원리는 리튬이온 전지와 동일하다. 최근 뉴스를 통해 리튬 이온 배터리팩이 폭발하였다는 것을 들어보았을 것이다.
리튬이온 전지에는 + 극과 - 극 사이에 액체로 된 전해액이 사용된다. 그런데 이 전해액은 유기성일뿐 아니라 휘발유보다 더 잘 타는 물질이다. 대부분의 리튬 이온 배터리팩에는 '배터리 단자가 도체로 연결되면 과열되어 화재가 발생할 수 있으며 화기에 노출되면 폭발 수 있다'는 경고문이 붙어 있는 것도 이 때문이다. 과열시 폭발할 수 있는 화학구조물을 안전장치를 사용하여 제어하는 것이기에 리튬 이온 배터리팩에 안전장치로 제어가 되지 않을 정도의 열을 인위적으로 가하게 되면 리튬 이온 전지는 폭발을 일으키게 된다. 물론 리튬 이온 배터리가 불안정한 전해액으로 구성되어 있지만 정상적인 상태에서라면 '폭발'은 아주 드문 현상이니 인화 및 폭발의 위험성에 대해서는 크게 염려할 필요는 없다.
리튬폴리머는 바로 리튬이온 전지의 폭발 위험성을 개선하기 위하여 유기성의 전해액 대신에 고분자물질을 이용하여 안정성을 높인 전지이다. 젤타입의 고분자 (Polymer)가 양극과 음극 사이의 분리막을 구성, 리튬 이온 전지의 '전해질의 역할'을 하는 구조이기 때문에 액체전해질을 사용하는 리튬이온 전지의 단점인 누액 가능성과 폭발 위험성이 없다는 것이 리튬폴리머 전지의 가장 큰 특징이다. 그러나 아직까지 리튬이온 배터리에 비해 생산 공정이 까다롭고 가격이 비싸기 때문에 노트북의 주력 배터리원으로 사용되고 있지 않다.
차세대 전지로 언급되고 있는 연료전지란?
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사진설명 : 이미지 출처 : www.toshiba.co.jp
최근 후지쯔는 30%의 고농도 메틸알코올을 연료로 사용하는 노트북 PC용 연료전지를 개발했다고 발표한바 있다. 후지쯔가 이번에 개발한 제품은 소형 경량화가 가능한 패시브형으로 두께 15mm로 얇고 가벼운 것이 특징이다. 30% 농도의 메틸알코올 300ml 용량으로(출력 15W) 노트북 PC를 약 8∼10 시간 연속 구동 가능하다고 한다. 이 외에도 NEC는 2004년까지 40시간 구동의 연료전지를 내놓을 계획이며 도시바 역시 "희석 순환 시스템" 방식의 연료전지를 개발 중에 있다.
언뜻 듣기로 "연료전지"라고 하면 무언가를 불에 태워서 그것의 열에너지를 이용해서 전기에너지를 얻는 것으로 이해하기 쉽지만, 실제로는 그 자체가 직접적인 발전을 수행한다고 보면 된다. 연료전지는 조용하며, 공해가 배출되지도 않고, 효율에 있어서도 발전효율 40%와 난방효율 80%라는 최고 수준의 효율을 자랑하기 때문에 오래 전부터 그 중요성이 부각되어 각광을 받고 있었던 분야였지만 기술적인 문제로 인해 지금에서야 상용화를 위한 구체적인 연구와 연구에 따른 결과물이 발표되고 있는 것이다.
가령 도시바가 작년 3월에 선보인 "희석 순환 시스템"의 연료전지의 특징을 간단히 살펴보자면 다음과 같다.
도시바가 노트북용으로 새롭게 개발한 연료전지는 연료탱크에서 고농도의 메탄올을 축적시키는 대신 연료가 공급이 될 때, 반응이 일어나는 곳 직전에서 발전을 위한 최적 농도로 자동적으로 조정이 되는 방식으로 설계되어 있다. 즉, 발전을 위한 화학반응을 하고 난 후에는 부산물로 물이 생성되는데, 여기서 생성되는 물로 그 다음에 공급되는 고농도 메탄올의 농도를 적당하게 희석 시켜주는 원리로 설계되어 있는 것이다. 이 기술의 채용으로 인해 탱크의 크기는 기존의 1/10으로 소형화 되었다고 할 수 있다.
그 다음은 노트북과의 직접적인 연결시에 본체의 상황에 맞게 자동적으로 발전 모드를 선택, 효율적인 발전이 이루어지도록 하여 전력의 낭비 없이 장시간의 전지사용이 가능해 졌으며, 처음 노트북의 전원이 들어갈 때처럼 급격한 부하의 변동에 대응하기 위해 발전된 전력을 모아 두는 "축전 시스템"을 탑재하여 안정성을 크게 도모했다. 이에 더해 현재 사용하고 있는 리튬이온 배터리와의 병행을 위해서 접속부를 공통화 함으로써 기존 제품과의 호환에도 아무런 문제가 없도록 했다.
연료전지가 앞으로 노트북을 비롯한 각종 전자 기기의 주전원으로 이루어지기 위해서는 제품 소형화를 구현하기 위해 저장되는 메탄올의 농도나 공급량, 공기의 주입, 발전온도 등을 최적화 시켜야 하며 각 운전모드에 적당한 제어가 가능하도록 소형 펌프와 센서를 채용하는 한편, 신소재를 이용한 내부설계로 배터리 효율을 극대화 시켜야 하며 대량 생산을 위한 저렴한 가격대를 실현해야 한다는 과제를 안고 있다.
진정한 '1일 1충전'을 꿈꾸며..
최근 새로운 디지털 시대의 키워드로 등장한 '유비쿼터스 컴퓨팅(Ubiquitous Computing)' 이 지향하는 "인간의 활동공간 어디에나 스며들어 있듯이 존재하는 컴퓨팅 환경"을 실현하기 위해서는 전원이 없이도 장시간 휴대용 PC의 사용을 가능케 해주는 '강력한 배터리' 성능이 무엇보다도 필요하다.
'돈 걱정 없이 맘 편하게 살아보는 것이 이 땅에 살고 있는 아줌마들의 염원'이라면 '배터리 걱정 없이 어디에서나 노트북 PC를 맘편히 사용할 수 있는 것은 모든 노트북 사용자들의 염원'이다. 1965년에 명명되어 아직까지도 CPU 발전 속도의 표준으로 받아들여지고 있는 '무어의 법칙'이 배터리의 발전 속도에도 적용되기를 간절히 바란다.
- 노트기어
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