납 축전지: 자동차에 종종 쓰이는 이차 전지 종류

납 축전지(lead–acid battery)는 납과 황산을 이용한 이차 전지이다. 주로 자동차 배터리 등에 사용되며 다른 이차 전지보다 용량이나 전압이 크다. 1859년 프랑스의 물리학자 가스통 플랑테에 의해 발명되었다.

납 축전지

납 축전지
비에너지	35-40 Wh/kg
에너지 밀도	80-90 Wh/L
비출력	180 W/kg
충전/방전 효율성	50–95%
에너지/소비자 가격	7 (sld) ~ 18 (fld) Wh/US$
자기 방전 속도	3–20%/월
순환 내구력	<350 사이클
명목 셀 전압	2.1 V
충전 온도 간격	최소 −35 °C, 최대 45 °C

양극((+)극)으로 쓰이는 이산화 납판과 음극((-)극)으로 쓰이는 납판이 묽은 황산에 잠겨 있는 구조를 한다. 구형 납 축전지는 밀폐 상태가 안 좋아 주기적으로 진한 황산을 채워 넣어주어야 했지만 현재 시판중인 납 축전지는 내부가 완전히 밀폐되어 황산 누출의 위험이 없다.

납 축전지는 다음과 같은 반응으로 충전과 방전을 반복한다.

(완전 충전 상태) Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ ↔ 2PbSO₄ + 2H₂O (완전 방전 상태)

먼저 음극인 납판은 묽은 황산과 반응하여 황산 납과 2개의 전자를 방출한다. Pb_(s) + H₂SO_4(l) → PbSO_4(s) + 2e^- + 2H⁺_(aq)

이 전자들이 도선을 따라 흐르다가 양극에 만나면 다음과 같은 반응을 한다. PbO_2(s) + 2e^- + H₂SO_4(l) → PbSO_4(s) + 2OH^-

이러한 반응으로 1개의 셀에서 나오는 전압 약 2볼트로, 다른 전지에 비해 매우 높은 편이다.