전류

전류란, 단위 시간당 전자의 흐름을 의미합니다. 단위는 암페어(A)를 사용하고, 전류를 세게 공급해 줄수록 단위 면적을 지나가는 전자의 수가 많아집니다.

전류는 직류(DC, Direct Current)와 교류(AC, Alternating Current)로 구분됩니다. 직류란 항상 일정한 크기와 방향으로 흐르는 전류를 뜻하고, 주로 배터리 등에서 발생하는 전기를 예로 들 수 있습니다. 반면에 교류는 전류의 크기와 방향이 주기적으로 변하는 전류를 의미하며, 발전소에서 생산되는 전기나 가정집에서 사용하는 전기가 대표적인 예시입니다.

전위

전위란, 전하가 갖는 위치에너지를 말합니다. 기본적으로 원자는 양성자와 전자의 수가 균형을 이루어 전기적으로 중성인 상태에 있습니다. 양성자의 경우 양전하를 띠며 전자의 경우 음전하를 띠고 있습니다. 전하란 전기 현상을 일으키는 물질의 전기적인 성질을 말하므로 양전하는 양(+)의 전기적인 성질, 음전하는 음(-)의 전기적인 성질을 의미합니다.

원자의 가장 바깥쪽에 있는 전자(최외각전자)는 중심과 약하게 결합되어 있기 때문에 원자로부터 쉽게 벗어나려고 하는 경향이 있습니다. 전자를 얻거나 잃으면 원자 또는 분자가 이온 상태가 되는데, 전자를 잃으면 양성자의 수가 더 많아 양전하를 띠고, 전자를 얻으면 전자의 수가 더 많아 음전하를 띱니다. 

양전하를 기준으로 전위의 높고 낮음을 판단하기 때문에, 양전하를 띠는 물질이 많을수록 전위가 높고, 음전하를 띄는 물질이 많을수록 전위가 낮습니다. 따라서 전자를 잘 잃어버리는 특성을 가진, 전위가 높은 소재가 배터리의 양극에 쓰이며 전자를 제공하는 역할을 합니다.

전압

전압이란, 전류를 흐르게 하는 힘을 의미합니다. 물의 흐름을 예시로 들어보겠습니다. 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것처럼, 전류도 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다. 이때의 전위 차이를 전압이라고 하며, 전압의 단위는 볼트(V)를 사용합니다. 

배터리의 전압은 양극과 음극의 전위차로 결정됩니다. 따라서 양극과 음극에 사용하는 소재에 따라 배터리의 전압이 바뀝니다. 높은 곳에서 물이 떨어질 때 더 강하게 흐르듯이, 배터리에서도 양극과 음극의 전위차가 클수록 전압이 커집니다. 전압이 높으면 더 많은 전류가 흐를 수 있게 되므로, 고전압 배터리는 많은 전기적인 에너지를 갖고 있어 더 큰 출력을 낼 수 있습니다

표준환원전위

배터리의 전압은 양극과 음극의 전위차로 결정되기 때문에, 양극과 음극에 어떤 소재를 사용하는지에 따라 배터리의 전압이 달라집니다. 각 물질의 전위 값은 표준환원전위를 이용해 쉽게 알 수 있습니다. 

표준환원전위(Standard Reduction Potential, 기호 E°)란 물질의 이온화 경향을 구체적인 수치로 나타낸 것을 말합니다. 표준환원전위의 기준이 되는 값은 수소입니다. 수소를 음극에 두고, 전위 값을 측정하고자 하는 물질을 양극에 두어 계산하면 됩니다. 수소의 표준환원전위를 기준으로 양(+)의 값이면 수소 이온보다 전자를 얻으려는 성질(환원)이 강하고, 음(-)의 값이면 수소 이온보다 전자를 잃어버리려는 성질(산화)이 강하다는 것을 의미합니다. 리튬의 표준환원전위는 -3.04로, 전자를 잃어버리려는 성질이 강해 배터리의 양극 활물질로 사용되며 전자를 제공하는 역할을 하고 있습니다.