오늘날 스마트폰, 테블릿등의 모바일(Mobile) 기기는 물론
다양하며 신박한 웨어러블장치가 등장하고 있다.
심박수를 체크해주는 디바이스,
매일매일 함께하면서 즐거움을 주는 i들
이러한 장치들에는 반드시 필요한 전제조건이 있다.
바로 원활한 전원이 공급되어야 한다.
필요한 전력이 얼마가 되었던지 간에 전원이 제때 공급안된다면
스마트폰, 노트북은 전원이 꺼져버려 벽돌이 되어 버린다.
만약 모바일 기기, 웨어러블장치에 고정형 전원공급장치만을 사용한다면
그 기능이 유명무실 해질수 밖에 없다.
이것을 해결해준것이 재충전이 가능한 배터리이다.
사물배터리(BoT: Battery of Things)라고 단어가 나올 정도로 생활 곳곳에서 배터리를 사용하며
무선의 자유를 제공해줘 현대인에게 이미 없어선 안될 존재이며
탈것 또한 전동화 장치로 변화되어 배터리에 의존하고 있다.
자 그럼 우리의 삶과 항상 함께 존재하는 배터리가 어떻게 진화했는지 알아보자!
바그다드 전지(Baghdad Battery)
인류최초의 배터리로 추정되는 그것은, 1930년경 이라크의 수도 바그다드(Baghdad) 근교
호야트럽퍼 유적에서
독일 고고학자 빌헬름 쾨니히(Wilhelm Konig)는
항아리로 된 알 수 없는 유물을 발견하였다.
이것은 인류가 최초로 사용한 배터리로 주장하고 있는
"바그다드 전지" 다!
약 2,000년전, 파르티아 제국 시대의 것이며(그림의 오렌지색)
직경 8cm, 높이 14cm의 항아리모양으로
안쪽에는 원통으로 말은 구리판에 철 막대기를 꽂아
아스팔트로 고정하여 밀봉한 구조이다.
안쪽에 산성물질을 담었던 흔적이 발견되어
전지로 사용되었을 것으로 추정된다.
당시에 전해질이라는
개념이 있었을 것이라고 보기는 어렵지만,
쉽게 손에 넣을 수 있던 포도식초(Wine Vinegar)를
사용 했을 것으로 추정된다.
구리판이 양극 역할을, 철봉이 음극 역할을,
포도식초가 전해질 역할을 하여 전류가 흘렀을 것으로 추측된다.
외계인이 와서 사용하고 전해줬다는
썰도 있으나,
고대에 황'금을 전기도금이나, 치료의 목적으로 전류를 흘려
사용했다고 가설을 내세우고 있다.
하지만, 전기도금된 유물론 제시된 증거가 확실치 않으므로,
학계에서는 인정받지 못하고 있으며
그 용도가 정확히 무엇이었는지 미스테리 한 상태이다.
1940년에 제너럴 일렉트릭사(GE) High Energy Lab.의
연구원 윌러드 그레이(Wilard F .M. Gray)가
고대 전지 가설을 검증해보고자 이것을 재현하여
약 0.5V의 전압을 만들어내는데
성공하여 고대 배터리로서의 가능성을 추측할수 있게 했다.
참고로, 바그다드 국립 박물관에 보관되어 있었으나
2003년 이라크 전쟁당시 바그다드 전지의 상당수는 아쉽게도 도난당해 버렸다.
갈바니즘(galvanism)
1780년경 이탈리아 해부학자로 볼로냐대학의 재직중인루이지 갈바니 교수는
스프를 만들기 위해 금속접시에 놓아둔 개구리의 뒷다리가
마치 살아있는 것처럼 경련을 일으키는 것을 봤다.
이 현상이 전기로 인한것이라고 확신한 그는
번개가 칠 때 개구리 뒷다리로 갖은 질에 몰두하며,
원인을 밝히기 위해 연구를 진행하여 논문을 발표하였다.
그는 동물의 근육은 동물전기라는 것을 가지고 있으며
동물의 신경과 근육에 존재하는 양전하와 음전하의 작용에 의해서
전류가 흘러서 개구리의 뒷다리가 경련을 일으켰다고 주장하였다.
이 현상은 여러분들도 경험해봤을것이다.
충치치료후 치아를 때우기위해 아말감을 사용한경우
은박 9호일로 포장된 김밥, 호일을 깔고 구운 고기를 먹다가
입에 호일조각이 들어가지면 미묘하게 더 맛있어지는(소름끼치는) 느낌!
갈바니즘(galvanism)으로 불리는 이현상은
입속에 들어간 두개이상의 금속물질과(특히 아말감)
타액이 전해질로 작용하여 전류가 흘러 신경을 자극하는 현상이다.
비록 갈바니는 전지의 현상에 대해
정확한 규명을 하지못하였고,
개구리 춤 선생으로 불리며 조롱 받었지만
그가 쌓은 업적은 엄청나다.
동물전기이론은 신경과 뉴런등에 대해
현대에 와서 밝혀짐으로서 완전히 틀리지 않었던것이였으며
심전도, 뇌전도, 근전도등 다양 진단 기술과 심장박동기 등의 응급처치법은
갈바니의 발견 덕분에 발전 할 수 있었다.
전류의 흐름을 측정하는 갈바노미터(검류계), 갈바닉전지등에도 그의 이름을 남기게 되었다.
그 후 많은 학자들이 동물전기의 실체를 밝히기 위해 노력하였고
동물전기의 존재 여부에 대한 논란이 커지게 되었는데...
갈바니와 친분이 있었던 볼타라는 물리학자가
볼타의 기둥을 발표하여 논란을 종식 시키게 되었다.
볼타 전지
이탈리아의 물리학자로 파두아대학에 재직중인 알레산드로 볼타 교수는
1800년도에 영국왕립학회에서 볼타의 기둥을 발표하여
오늘날까지 모든 전지에 사용되는 기본적인 원리를 수립하였다.
볼타는 바그다드 전지 항아리가 발견되기전까지는 최초의 배터리 타이틀을 가지고 있다.
(사실, 앞서 말한대로 그 항아리는 아직도 용도에 대해서 명확하지 않다.)
볼타의 기둥은 구리판, 아연판 사이에 물에 적신 천을 끼워서
수십개 연결하여 전기를 저장하는 장치이다.
서로다른 두가지의 다른 금속 재질이 양극과 음극으로 작용하여
전해질을 사용하는 이 원리는
현재에도 모든 배터리에 적용되는 기본원리이다.
볼타는 이 발견으로 엄청난 부와 명예를 얻었으며,
1801년 나폴레옹에게 전기실험을 시연하여 금메달, 훈장을 부여 받았으며
백작칭호까지 받었다.
후일, 그의 업적을 기리기 위하여 전기의 단위는 볼타의 이름을 따와서
볼트(V)로 불려지는 영광까지 얻었다.
그리고, 그의 이름과 볼타전지는 후대에 지폐에도 그려져 기념되었다.
잘알려져있지는 않었지만 볼타는
1777년 호수 진흙바닥에서 올라오는 거품에서 메탄(Methane) 가스를 분리해내는데 성공했었다.
이것을 저렴한 에너지원으로 이용할 수 있었다. .
볼타전지는 과일을 이어붙인 전지로 쉽게 생각해볼 수 있다.
과일에 구리판과 아연판을 설치하면 구리판이 양극(+), 아연판이 음극(-)으로 과육이 전해질로 전류가 흐르게 된다.
과일 1개는 전류가 매우 작으므로 과일즙에 대량으로 연결해보면 훨씬 더 큰 전류가 흐른다.
하지만 순식간에 기포가 많이 생겨서 발전력이 떨어져버리게된다.
볼타전지는 아쉽게도 전류를 몇 분밖에 공급하지 못하는 단점이 있었다.
처음에는 1.1V가 발생되지만 2~3분뒤에는 0.4V로 크게 떨어진다.
이것은 구리판 주위에 수소기체가 생기는(환원) 분극현상으로 인하여
전극 주변에 생성된 수소기체의 이탈속도가 전자의 이동속도보다 느려서
구리전극 주변을 둘러싸서 전자의 흐름을 방해하기 때문이다.
이 문제를 연구하여 비교적 장시간 사용할 수 있는 전지를 만들어낸 사람이 등장한다.
다음편 계속...