쿨롱효율(Coulombic Efficiency)이란?

안녕하세요! 오랜만에 다시 돌아온 아덜 홍구리입니다.

오늘은 2차 전지 분야에서 많이 사용되고 있는 용어 중 하나인 쿨롱효율에 대해 설명하기 위해 글을 적어보았습니다.

 

쿨롱효율(Coulombic Efficiency)이란 배터리의 가역성을 의미하는 용어 중 하나로, 충전용량과 방전용량의 비를 백분율로 나타낸 것입니다. 따라서 단위는 존재하지 않는다는 특징을 가지고 있습니다.

예를 들어, 첫 충전 주기에서 500 mAh/g의 용량을 구현하고 450 mAh/g의 방전용량을 나타낸다면 쿨롱효율은 90% 입니다. 이러한 쿨롱효율은 배터리의 성능을 평가할 때 쓰이는 중요한 요소로 작용하고 있습니다. 그 이유는 아무리 높은 용량을 구현하는 물질이더라도, 가역성이 뛰어나지 않는다면 산업화 혹은 실용화되기 어렵기 때문입니다. 이러한 쿨롱효율에 영향을 미치는 원인으로는 물질의 비가역성에 관련된 원인이 주가 되고 있습니다. 그 예로는 전극 활물질의 물성, 전극 표면의 피막생성, 전해질 조건 등과 같은 원인이 크게 작용하고 있습니다.

 

만약 높은 쿨롱효율을 지속적으로 유지한다면 좋은 것일까요? 물론 활물질마다 차이가 있겠지만, 대게 그렇습니다. 하지만 예를 들어, 실리콘 음극재의 수명 특성 실험을 진행하게 된다면 상황은 다를 수 있습니다. 실리콘 음극재의 경우 큰 부피팽창으로 인한 단점이 존재하여, 첫번째 주기의 충전용량과 이후 주기의 충전 용량에서 상당한 차이가 발생하기 때문에 높은 쿨롱효율을 지닌다고 하여 결코 무조건 좋다고 할수는 없습니다. 배터리의 전기화학적 평가에 중요한 요소인 쿨롱효율을 개선하기 위한 방법으로는 간단하게 전해질 첨가제를 사용하는 방법이 널리 이용되고 있습니다. 이는 활물질의 종류에 따라 매우 다양함으로 기회가 된다면 공부하여 다시 포스팅하도록 하겠습니다. 

 

오늘은 쿨롱효율에 대해 공부해 보았습니다. 생각했던 내용이 아닐 수 있지만 읽어주셔서 감사합니다. 다음 포스팅에 뵙겠습니다. 감사합니다.