우리 실생활속 일차전지 리튬전지는 어디에 쓰이고 있을까

얼마 전 경기도 화성 일차전지 리튬전지 공장에서의 화재로 인해 23명이 사망하고 8명이 다친 일이 발생하여 온 국민에게 안타까움과 충격을 안겨주었다. 그동안 이차전지라는 말을 자주 들어왔는데 일차전지라는 말은 생소했다. 리튬전지라는 단어는 더 생소했다. 그런데 이미 리튬전지가 우리 실생활에 깊이 들어와 사용되고 있음을 알고 더욱 놀라웠다.

그렇다면 일차전지인 리튬전지는 우리 실생활 어디에 쓰이고 있을까?

그리고 리튬전지를 사용하면서 우리들이 조심해야 할 점은 무엇일까 정리해 보고자 합니다.

 

 

일차전지-리튬전지

 

 

목차

 

 

일차전지 건전지, 리튬전지에 대하여

 

 

대학에서 화학을 공부했다.

그래서인지 이번 경기도 화성 리튬전지 공장에서의 화재사건이 더욱더 충격으로 다가왔다.

특히 사고의 원인과 대책마련보다는 사고 난 공장의 대표 및 관계자들에게 대한 처벌만을 바라는 사회현상에 안타까운 생각이 들었다. 이번 화재사고 난 공장은 2020년 설립된 중소기업으로 적자상태인 것으로 드러났다.

게다가 리튬전지는 아직은 개발 및 연구중에 있는 상태로 화재 등 위험이 발생했을 때 정확한 대처방법이 확립되지 않은 상태라고 한다. 적자에 허덕이는 중소기업에 대한 처벌보다는 위험에 대처할 수 있는 대책마련과 연구에 대한 정부의 지원이 먼저이지 않을까 싶다.

이에 건전지의 역사 및 위험성 등을 살펴보고자 한다.

일차전지 건전지의 종류 및 역사

우리들이 알고 있는 일반적으로 사용하는 건전지인 일차전지에는 망간전지와 수은전지가 있다.

망간전지

일반적으로 생활속에 가장 많이 쓰이고 있는 건전지(乾電池, Dry cell)는 망간전지로 사이즈에 따라 AAA, AA, CM, DM 등으로 나뉜다. 가장 많이 쓰이는 사이즈는 AAA, AA로 벽시계, 리모컨, 장난감 등에 주로 쓰인다. CM, DM 사이즈는 가스레인지 등에 쓰인다. 망간전지의 양극은 망간, 음극은 아연을 사용하고 있다. 건전지를 구입하고 살펴보면 수은 제로(0%), 카드뮴 제로(0%)라고 표시 되어 있다. 그리고 위험성에 대한 문구가 없다. 즉, 위험성은 없다는 뜻이다.

그리고 일반적으로 사용하는 망간전지는 전압은 1.5V이다. 망간전지는 한번 사용한 것은 충전이 안 되는 일차전지이다. 망간전지는 엄밀히 말하면 망간아연전지이다.

 

 

망간전지

 

 

리튬 건전지

그런데 자세히보면 우리 일상에서 쓰이는 건전지 중에 망간전지만 있는 것은 아니다.

이미 리튬 건전지가 시중에 많이 나와 있다.

리튬 건전지는 일반 망간전지에 비해 수명이 5~9배 높다고 표시되어 있다.

리튬 건전지는 일반 건전지인 알카라인 건전지에 비해 무게는 훨씬 가볍고 수명은 길다. 보통 일반 건전지의 수명이 한 달 정도이던 마우스에 리튬 건전지를 사용하면 수명이 반년 넘게 사용할 수 있다고 한다. 따라서 앞으로 일반 망간전지를 사용하던 분들이 리튬 건전지로 이동할 확률도 있다. 따라서 이에 안전대책 및 홍보 또한 필요하다고 볼 수 있다.

아래 사진은 건전지 보관기간이 무려 20년이며, 일반 건전지에 비해 건전지 수명이 9배 길다는 것을 강조하고 있는 리튬전지이다.

건전지의 경우 위험성은 거의 없다고는 하지만,

앞으로 우리 일상에서 망간전지보다는 리튬건전지 사용이 증가할 가능성이 높다. 그렇다면 회사는 좀 더 안전한 상품을 만들 의무가 있고 정부 또한 그것에 대한 대책 마련 및 지원이 필요하다고 생각된다.

 

 

리튬건전지

 

 

수은전지, 리튬전지

수은전지라고 하면 보통은 작고 동그란 모양의 전지를 생각할 것이다.

그런데 그 수은전지도 일반 건전지와 마찬가지로 리튬전지로 사용이 옮겨지도 있다.

얼마전 수은전지를 검색해서 구입한 전지를 살펴보니, 수은전지가 아니라 리튬전지였다.

거의 모든 쇼핑몰에서 수은전지를 검색하면 리튬전지를 판매하고 있음을 쉽게 발견할 수 있다.

수은건전지를 찾아보면 상품 표시에는 무수은건전지라는 표시를 강조하고 있음을 쉽게 볼 수 있다.

아직은 수은전지가 완전히 사라진 것은 아니지만, 수은전지는 거의 사라지고 리튬전지로 거의 대체된 것 같은 느낌이다.

즉, 분명 수은전지를 구입했는데 상품을 받아보면 리튬전지가 와있는 것을 보게 된다.

소형 리튬전지는 PDA, 손목시계, 전자온도계, 계산기, 컴퓨터 메인보드, 자동차 리모컨, 통신 장비 등에 널리 사용되고 있다.

 

 

수은전지-리튬전지

 

 

망간, 수은, 리튬이란 무엇인가

 

 

그렇다면 왜 망간전지, 수은전지에 리튬전지로 옮겨졌을까?

망간은 무엇이며, 수은은 무엇이며, 리튬은 무엇인가?

이들의 특성을 알려면 우선 원소 주기율표라는 것을 살펴볼 필요가 있다.

원소 주기율표

2024년 기준 이 세상에서 발견된 공인된 원소는 총 118개이다.

원소 주기율표는 이들 원소를 번호를 매기고 금속, 비금속 등 특성에 따라 표로 나타낸 도표이다. 비슷한 원소들이 일정한 간격을 두고 주기적으로 반복되고 있어 주기율표라고 부른다. 즉 같은 주기에는 녹는점, 전기 전도성, 반응성 등이 비슷하다. 금속은 전기 전도성이 있으며, 비금속은 전기 전도성이 없다.

리튬(Li), 망간(Mn), 수은(Hg)은 모두 금속으로 리튬은 원소기호 3번, 망간은 원소기호 25번, 수은은 원소기호 80번이다.

 

 

원소주기율표

 

 

망간(Mn)이란?

망간은 다양한 종류의 암석에서 발견되는 금속으로 원소기호는 25번이다.

순수 망간은 은색이며, 망간은 산소, 황, 염소 등과 다른 물질과 결합한다. 망간은 대부분의 식품에서도 발견되며 일부 식품에 첨가되고 있기도 하다.

망간은 제철산업에서 경도, 강도, 내력을 향상시키기 위해 사용되며, 휘발유 첨가제로도 사용된다.

망간은 환경에서 분해되지 않으며, 토양에 보존된다. 식품 중에는 곡물, 콩, 견과류 등에 풍부하게 함유하고 있으며, 지하수, 식수, 토양 등에는 낮은 농도로 포함하고 있다.

그리고 용접 작업을 하거나 제철 공장에서 작업하면 높은 농도의 망간에 노출될 수 있다.

망간은 우리 건강을 유지하기 위해 꼭 필요한 필수 영양소이다. 그러나 높은 농도에 노출될 경우 신경계와 관련되어 움직임이 느려지고 둔해지는 증상이 나타날 수 있다고 한다. 이를 망간중독증이라고 한다. 또한 높은 농도의 망간에 노출될 경우 폐의 기능과 생식능력에도 영향을 미칠 수 있다고 한다. 어린이의 경우 높은 농도의 망간에 노출될 경우 학습 및 기억 능력 저하 등 뇌 발육에 부정적인 영향을 줄 수 있다는 연구결과도 나오고 있다.

망간의 경우 대개는 며칠이 지나면 체외로 배출되고 비교적 안전한 금속이라고 한다.

그러나 과다하게 노출될 경우에는 건강에도 영향을 줄 수 있다고 한다.

수은(Hg)이란?

수은(Hg)은 은백색의 고체로 원소기호는 80번이다. 끓는점은 356.73℃, 어는점은 -38.83℃로 액체로 존재하는 온도범위가 가장 좁은 금속 중의 하나라고 한다. 밀도는 상온(20℃)에서 13.543g/㎤로 물의 13.567배이다.

수은은 표면장멱이 아주 커서 쏟아지면 작은 방울들로 쉽게 나뉘어진다. 수은 온도계를 깨뜨렸을 때 방울방울 나뉘는 것을 많이 보았을 것이다.

금속 중에서는 열 및 전기전도도는 적은 편이며, 전극으로 사용할 만틈 좋은 전기전도체로 많이 쓰이고 있으나 독성이 큰 액체 금속이다.

수은은 실온에서 유일하게 액체인 금속으로 온도에 따른 부피 팽창률이 일정하여 온도계, 압력계, 기압계 등에 많이 사용되고 있다. 또한 배터리, 램프, 전자장비, 안료, 윤활제, 촉매 등에도 널리 사용되고 있으며, 페인트 방부제, 미백용품, 치과용 아말감, 의료용으로도 이용되고 있다.

수은은 인체에 유해한 중금속으로 환경오염물질로 많은 관심 대상이다. 수은의 위해성이 알려진 것은 1956년 일본에서 발생한 미나마타병 사건이다.

따라서 수은은 작업장 및 직장내 관리가 엄격하게 취급되고 있다.

또한 수은은 금속(원소)수은, 무기수은, 유기수은, 메틸수은으로 구분된다.

금속수은은 상온에서 은백색의 액체 상태로 존재한다. 금속 수은은 온도계, 압력계, 기압계, 형광등 등에 사용된다. 금속수은은 노출되었을 경우 거의 흡수되지는 않으나 피부에 접촉되지 않도록 주의해야 한다.

무기수은은 지각, 화산폭발, 바다 및 토양에서 증발되어 자연적인 원인으로 발생한다. 염소, 황, 산소 등과 결합하여 가루형태로 존재한다. 무기수은은 방부제, 미백화장품, 농약 등에 사용된다.

유기수은은 알킬기, 아릴기, 유기산기와 결합되어 있는 수은으로 의약품, 농약, 방부제 등에 사용된다.

메틸수은은 주로 어패류 섭취를 통해 노출된다. 메틸수은은 유기수은 중 가장 독성이 강하고 인체에 치명적인 독성효과를 나타낸다. 따라서 메틸수은에 노출되지 않도록 주의해야 한다.

리튬(Li)이란?

리튬(Li, Lithium)이란 원소기호 3번으로 알칼리금속이며 은백색이다.

리튬은 상온에서 밀도 0.534g/㎤으로 수소 다음으로 가볍고 물에 비해서는 1/2정도로 가볍다. 알칼리 금속 중에서는 녹는점과 끓는점이 가장 높고 단단하다. 리튬은 공기중에 산소 또는 수증기와 만나면 산화되고 검은색으로 변한다.

리튬은 알칼리 금속 중에서 반응률은 가장 낮은 편에 속하며, 다른 금속과 반응할 때 열을 발산한다. 상온 상태의 완전히 건조한 공기 중에서는 비교적 안정된 편이다. 그러나 습도가 높아지면 급격히 수산화리튬(LiOH) 층을 형성하고 물과 접촉하면 급격히 산화한다.

리튬은 탄산니튬, 수산화리튬, 염화리튬, 브로민화리튬 등의 다른 리튬 화합물을 만드는 데 사용된다. 그리고 환원 전위가 낮아 전지의 양극으로 사용된다. 리튬전지는 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 고전압을 일으킬 수 있다.

리튬은 마그네슘, 알루미늄 등 몇몇 금속과 함께 합금될때 적은 양으로도 항장력, 강도, 탄력성이 좋아지고 큰 효과를 거둘 수 있다. 또한 리튬 합금은 아주 가벼워서 항공, 우주 비행에도 사용되고 있다.

리튬은 의학계에서도 사용되고 있으며 꾸준한 연구가 진행되고 있다.

리튬을 치료에 사용할때는 탄산리튬이 사용되는데, 조울증, 조현병, 조병을 앓는 환자에 사용되고 연구가 진행 중에 있다. 그러나 리튬 농도가 너무 높을 경우 오한, 구역질, 구토, 부정맥, 백혈구 증가 등의 부작용을 낳을 수 있으며, 심할 경우 생명이 위험해질 수도 있다고 한다.

리튬은 액체인 상태에서 공기와 접촉하거나 100℃ 이상의 산소와 접촉할 경우, 금속먼지(metal dust)로 상온 상태에 놓이고 발화하게 된다고 한다. 또한 온도가 190℃가 넘게 되면 엄청난 양의 열을 방출한다고 한다. 또한 피부에 닿으면 부식에 의해 상처나 화상을 입게 될 수도 있다고 한다. 따라서 리튬은 특수한 경우가 아닐 경우 함부로 실험을 해서는 안된다고 한다. 또한 보관에도 수분과 반응하지 않도록 신경써서 보관해야 한다.

리튬전지(lithium battery)는 리튬이나 리튬 혼합물을 양극으로 사용하는 전지를 말한다. 리튬전지는 망간전지, 알칼리 전지에 비해 출력전압이 2배 가량 높다. 따라서 휴대용 전자 장비 등에 널리 사용되고 있다.

리튬전지 중 충전이 가능하여 재사용이 가능하게 만들어진 전지는 이차전지, 충전 및 재사용이 불가한 전지는 일차전지라 한다.

 

 

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