전위와 전압의 차이 (Difference between electrical potential and voltage)

안녕하세요! 전기화학에 관심이 많은 아덜 홍구리입니다.

이번 글의 주제는 저번 포스팅에서 언급하였듯이 전위와 전압의 차이에 대해 적어보려 합니다.

 

전위와 전압은 동일하게 [V]를 단위로 쓰기 때문에 저와 같은 전기화학의 초심자들은 해당 개념을 정확히 숙지하지 못할 것이라 생각합니다. 아마 저와 비슷한 처지에 있는 학생분들은 [V]의 단위를 보면 전위와 전압을 혼동해서 사용하는 경우가 대부분일 것입니다. 이번 포스팅의 내용을 통해서 이러한 실수를 여러분들은 방지하시길 기원합니다!

 

전위란, 전하가 가지는 위치에너지를 뜻합니다. 하지만 전위를 이야기 할 때에는 대부분의 사람들이 전위차라는 개념을 사용하여 값을 얘기하곤 합니다. 이는 기준에 따라 전위가 변화하기 때문입니다.  이러한 개념을 사용하기 앞서 전기화학 분야에서는 표준수소전극전위(Standard Hydrogen Electrode)의 개념을 사용하여 주로 나타나게 됩니다. SHE란 수소가 환원되는 전위를 0으로 기준으로 삼고, 이에 반쪽 전지의 형태로 제작하여 물질이 환원되는 전위를 나타낸 것 입니다. 아래의 그림은 표준수소전극전위의 표 입니다. 

Ref) 위키백과, 표준전극전위, https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%91%9C%EC%A4%80_%EC%A0%84%EA%B7%B9_%EC%A0%84%EC%9C%84

이때 이차전지의 이온으로 사용되는 리튬의 경우 -3 V의 전위를 지님을 확인할 수 있습니다. 

저와 같이 이러한 개념을 잘 모르시는 여러분들이러면 -3 V의 전위를 가지는 것이 좋은것인가, 혹은 + 2.87 V의 전위가 더 좋은것인가를 궁금해 하실 것이라 생각합니다. 정답은 존재하지 않지만 이는 기준을 어떻게 잡느냐에 따라 바뀌게 됩니다. 

 

이러한 개념을 바탕으로 전압을 설명하자면, 결국 전압은 두 전위의 차이를 뜻합니다. 배터리를 예로 들자면, 배터리의 전압을 결정하는 요소는 결국 두 전극인 양극과 음극위 전위차에 의하여 결정되게 됩니다.

 

현재 널리 사용되고 있는 리튬이차전지의 경우 약 4.2 V의 전압을 지니게 되는데 이러한 원인은 양극과 음극의 전위차가 약 4.2V이기 때문입니다. 따라서 리튬이차전지에서 전극 소재를 선정할 때, 가장 중요하게 선정되는 요인 중 하나가 양극은 높은 전위를 지니는것이고 음극은 반대로 낮은 전위를 지닐수록 좋은 전극소재로 판명되고 있습니다.