수은 표준 셀
전기 측정 기술의 초창기에는 수은 표준 셀 이라고 알려진 특수 유형의 배터리가 전압 교정 표준으로 널리 사용되었습니다. 수은 셀의 출력은 1.0183~1.0194V DC(셀의 특정 설계에 따라 다름)였으며 시간이 지나도 매우 안정적이었습니다. 광고된 드리프트는 정격 전압의 연간 약 0.004%였습니다. 수은 표준 셀은 때때로 Weston 셀 또는 카드뮴 셀 이라고도 불렸습니다 .
불행히도 수은 전지는 전류 소모를 잘 견디지 못했으며 정확도를 떨어뜨리지 않고는 아날로그 전압계로 측정할 수도 없었습니다. 제조업체는 일반적으로 전지를 통과하는 전류가 0.1mA를 넘지 않도록 요구했고, 그 수치조차도 순간적인 또는 서지 최대치로 간주되었습니다! 결과적으로 표준 전지는 전류 소모가 거의 0인 전위차(널 밸런스) 장치로만 측정할 수 있었습니다. 수은 전지를 단락시키는 것은 금지되었고, 일단 단락되면 전지는 다시는 표준 장치로 신뢰할 수 없습니다.
수은 표준 셀의 종류
수은 표준 셀은 물리적 또는 열적으로 교란될 경우 전압이 약간 변하기 쉽습니다. 포화 및 불포화 의 두 가지 유형의 수은 표준 셀이 다른 교정 목적에 따라 개발되었습니다 .포화 표준 셀은 열적 불안정성을 희생하고 시간이 지남에 따라 가장 큰 전압 안정성을 제공했습니다.다시 말해, 전압은 시간이 지남에 따라 매우 적게 변동했지만(10년 동안 몇 마이크로볼트!) 온도 변화에 따라 변하는 경향이 있었습니다(섭씨 1도당 수십 마이크로볼트).이러한 셀은 장기적 안정성이 가장 중요한 온도 제어 실험실 환경에서 가장 잘 작동했습니다.불포화 셀은 시간이 지남에 따라 안정성을 희생하고 열적 안정성을 제공했으며, 전압은 온도 변화에 따라 사실상 일정하게 유지되었지만 매년 약 100µV씩 꾸준히 감소했습니다.이러한 셀은 주변 온도가 정확하게 제어되지 않는 "현장" 교정 장치로 가장 잘 작동했습니다.포화 셀의 공칭 전압은 1.0186볼트이고 불포화 셀의 공칭 전압은 1.019볼트였습니다.
최신 반도체 전압( 제너 다이오드 레귤레이터) 기준이 실험실 및 현장 전압 기준으로서 표준 셀 배터리를 대체했습니다.
연료 전지
일차 전지와 밀접한 관련이 있는 매혹적인 장치는 연료 전지 로 , 연소의 화학 반응을 이용하여 전류를 생성 하기 때문에 그렇게 불립니다 . 화학적 산화(산소가 다른 원소와 이온 결합) 과정은 금속과 전해질의 조합과 마찬가지로 두 전극 사이에 전류 흐름을 생성할 수 있습니다. 연료 전지는 외부에서 공급되는 화학 에너지원이 있는 배터리로 생각할 수 있습니다.
지금까지 가장 성공적으로 제작된 연료 전지는 수소와 산소로 작동하는 전지이지만, 탄화수소 연료를 사용하는 전지에 대한 많은 연구가 수행되었습니다. 수소를 "연소"하는 동안 연료 전지의 유일한 폐기물 부산물은 물과 소량의 열입니다. 탄소가 포함된 연료로 작동할 때 이산화탄소도 부산물로 방출됩니다. 현대 연료 전지의 작동 온도는 일반 연소보다 훨씬 낮기 때문에 질소 산화물(NOx)이 형성되지 않아 다른 모든 요소가 동일하다면 오염이 훨씬 적습니다.
연료 전지에서 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율은 내연 기관의 이론적 카르노 효율 한계를 훨씬 뛰어넘습니다. 이는 발전 및 하이브리드 전기 자동차 분야에 큰 전망을 제공합니다.
태양 전지
또 다른 유형의 "배터리"는 전자 분야의 반도체 혁명의 부산물인 태양 전지 입니다. 전자가 빛의 영향으로 원자에서 떨어져 나가는 광전 효과는 수십 년 동안 물리학에서 알려져 왔지만, 이 효과를 실용적인 수준으로 활용할 수 있는 장치가 존재하게 된 것은 최근 반도체 기술 이 발전하면서였습니다 . 실리콘 태양 전지의 변환 효율은 여전히 매우 낮지만 전원으로서의 이점은 셀 수 없이 많습니다. 움직이는 부품이 없고, 소음이 없고, 폐기물이나 오염이 없으며(여전히 상당히 "더러운" 산업인 태양 전지 제조는 제외), 수명이 무한합니다.
태양 전지 기술의 구체적인 비용(킬로와트당 달러)은 여전히 매우 높으며, 기술에서 어떤 종류의 혁명적 발전이 없다면 상당한 감소 전망은 거의 없습니다. 더 나은 품질 관리의 결과로 폐기물이 줄어들면서 점점 더 작아질 수 있는 반도체 소재로 만든 전자 부품과 달리, 단일 태양 전지는 30년 전과 마찬가지로 여전히 동일한 양의 초순수 실리콘이 필요합니다. 우수한 품질 관리로는 칩과 트랜지스터 제조에서 볼 수 있는 것과 같은 생산 증가를 얻을 수 없습니다 (불순물의 고립된 반점이 실리콘 웨이퍼 하나에 있는 많은 미세한 회로를 망칠 수 있음). 동일한 수의 불순한 내포물은 3인치 태양 전지의 전반적인 효율성에 거의 영향을 미치지 않습니다.
화학 탐지 셀
특수 목적의 "배터리"의 또 다른 유형은 화학 감지 셀 입니다 . 간단히 말해서, 이러한 셀은 공기 중의 특정 물질과 화학적으로 반응하여 해당 물질의 농도에 직접 비례하는 전압을 생성합니다. 화학 감지 셀의 일반적인 응용 분야는 산소 농도의 감지 및 측정입니다. 많은 휴대용 산소 분석기가 이러한 작은 셀을 중심으로 설계되었습니다. 셀 화학은 감지할 특정 물질과 일치하도록 설계되어야 하며, 셀은 전극 재료가 소모되거나 사용으로 인해 오염됨에 따라 "마모"되는 경향이 있습니다.
검토:
- 수은 표준 셀은 정밀 반도체 기준 장치가 등장하기 전에 전압 교정 표준으로 사용되었던 특수한 유형의 배터리입니다.
- 연료 전지는 가연성 연료와 산화제를 반응물로 사용하여 전기를 생성하는 일종의 배터리입니다. 이는 미래의 유망한 전력원으로, 매우 낮은 배출량으로 연료를 "연소"합니다.
- 태양 전지는 주변의 빛 에너지를 이용해 한 전극에서 다른 전극으로 전하 운반체를 이동시켜 전압(외부 회로가 있는 경우에는 전류)을 생성합니다.
- 화학 검출 셀 은 적용된 물질(일반적으로 주변 공기 중의 특정 가스)의 농도에 비례하는 전압을 생성하는 특수한 유형의 볼타 셀입니다.