고속 충전과 배터리 손상 간 상관관계 파헤치기

고속 충전은 의심의 여지 없이 현대 스마트폰에서 가장 인기가 높은 기능이다. 스마트폰 충전을 위해 영겁의 시간을 기다릴 필요 없이 실용적으로 하루를 보내는 방편이므로 충분히 이해가 된다. 
 
이제 고속 충전은 어느 업체가 가장 최고인가를 다투는 실질적인 경쟁으로까지 번졌다. 2023년 MWC에서 샤오미는 레드미 스마트폰의 4,300mAh 배터리에 단 5분만에 300와트를 충전하는 인상적인 충전 기술을 선보였다. 

수치가 놀라운 만큼, 많은 스마트폰 사용자의 관심도 높아지고 있다. 이 관심은 결국 스마트폰 배터리에 해롭지는 않을 것인가라는 질문으로 귀결된다. 자연스러운 질문이다. 이 기사에서는 고속 충전이 스마트폰에 미치는 영향과 배터리에 정말 해로운지를 살펴본다. 
 

스마트폰 충전의 이해

모든 최신 스마트폰은 리튬 이온 또는 리튬 폴리머(LiPo) 배터리를 사용한다. 그러나 기반의 분자 화학 원리는 같다. 배터리는 음극과 양극, 전해질로 이루어지고, 음극의 리튬 이온이 전해질을 통해 양극으로 흐를 때 스마트폰의 전력이 되는 에너지가 발생한다. 배터리가 비어 있으면 이 흐름은 중단된다. 충전 과정 동안 리튬 이온은 다시 음극으로 이동해 흐름 주기가 재시작된다.

배터리 기능은 일종의 스폰지와 비슷하므로 충전 과정은 단선적이지 않다. 비어 있을 때는 에너지를 많이 흡수하고 거의 차 있을 때는 적게 흡수한다. 따라서 포화 상태에 가까울 수록 충전 효율이 떨어지고 충전 곡선도 완만해진다. 반면 충전 전력은 최대 출력에서 시작하고 상대적으로 빠르고 내려간다. 
 

 

스마트폰의 배터리 성능 저하 

고속 충전이든 아니든 모든 배터리는 시간이 지나면서 용량이 줄어든다. 리튬 이온에서 항상 일정한 열이 발생하므로 화학 과정이 매우 민감해진다. 그래서 배터리가 가득 차 있을 때는 스마트폰을 충전해서는 안 되는 것이다. 비효율적 충전은 더 많은 열을 발생시킨다. 
 
참고로, 아이폰에서는 이러한 자연적인 마모와 누수가 시각화돼 나타난다. 설정 > 배터리 > 배터리 성능 상태 및 충전에서 사용 가능한 최대  배터리 양을 알 수 있다. 
 
열은 배터리 성능이 저하되는 주요 원인이다. 많은 사용자가 고속 충전 과정에서 이 문제를 겪는 이유는 배터리에 더 많은 전류가 흐를수록 과열이 심하게 발생하기 때문이다. 극심한 과열은 전해질을 결정화하고 전극 간 이온 전류 차단을 일으킬 수도 있다.
 
그러나 여기가 문제의 핵심이다. 제조업체는 이 사실을 알고 있다. 급속 충전 중 과열을 방지하는 중요한 예방 조치가 있는 이유가 바로 이것이다. 
 

새로운 고속 충전 표준

최근에는 전력 공급 장치의 전송 성능을 높이기 위한 급속 충전 표준이 여럿 개발되고 있다. 예를 들어 널리 사용되는 퀄컴 급속 충전 프로토콜 버전 5는 100와트 이상에서 5분만에 0~50% 충전이 가능하다. 

원플러스의 와프차지(WarpCharge) 기술은 65와트 기준이다. 오포의 VOC 플래시 차지(Flash Charge)는 원플러스와 오포가 합병하면서 와프차지로 대체되었다. 원플러스 10T의 경우 150와트 SUPERWOOC 어댑터와 함께 판매된다. 그 외에도 USB 전력 전송, 삼성의 어댑티브 차지, 모토롤라의 터보파워가 있다. 

스마트폰 배터리를 보호하는 기술로는 다음과 같은 것이 있다.
 

• 통합 전원 관리 기능이 있는 전원 공급 기기 
• 병렬 충전 
• 냉각 하드웨어 

 
급속 충전 기능이 있는 스마트폰에는 집적 회로가 있는 전원 공급 장치가 있다. 열 에너지가 스마트폰에 가까이 가기 전에 빠져나가게 하는 역할을 한다. 어댑터가 좀 크다는 것이 단점이다. 

또 다른 방법은 병렬 충전이다. 간단한 발상이다. 배터리 셀 하나에 전체 전류를 전송하지 않고 두 개의 병렬 셀로 나누는 것이다. 이 두 솔루션을 결합해 최상의 충전 성능을 제공하는 스마트폰이 많다. 단점은 전체 용량이 작다는 것이다. 하우징과 하드웨어 때문에 배터리 셀 두 개가 커지기 때문이다. 
 

냉각 하드웨어는 언제나 발열의 최고 해결책이다. 냉각 시스템이 우수할수록 더 많은 전력이 과열 없이 기기로 연결된다. 열 차폐 장기, 증기 챔버, 팬 등 배터리를 과열에서 보호하는 옵션이 많다. 
 
다시 처음 질문으로 돌아가자. 고속 충전이 스마트폰 배터리를 망가뜨릴 수 있을까, 아닐까? 해결책은 얼마나 효과가 있을까? 배터리가 얼마나 빨리 방전되어야 배터리가 ‘끝났다’고 판단할 수 있을까? 

업계 공식 표준도 있다. 샤오미는 11T 프로(120와트 고속 충전)가 완전 충전 800번 이후에도 원래 배터리 용량의 80%를 사용할 수 있다고 공언한다. 오포는 2023년 2월 초 1,6000번의 충전 사이클 후 80% 배터리 용량을 제공하는 150와트 슈퍼VOOC와 240와트 슈퍼VOOC의 2가지 고속 충전 표준을 제시했다. 2023년에는 어떤 돌파구가 나타날지가 궁금해진다. 
 

급속 충전이 스마트폰 배터리를 망가뜨릴까? 

장기적인 연구가 필요하겠지만, 지금까지 알려진 바에 따르면 급속 충전이 배터리의 정상적 마모를 가속화하지 않는다는 점을 지적한다. 그러나 고속 충전에서 와트가 높아지면 발열이 늘어나고 스마트폰 보호책이 필요하다는 것은 사실이다. 제조업체는 전원 공급 장치 최적화, 병렬 충전, 스마트 하드웨어, 온도 조절 센서 등 에너지 관리 개선을 목표로 하는 다양한 방법을 사용한다. 
 
배터리 수명에 가장 큰 영향을 미치는 것은 사용자 자신이다. 스마트폰 배터리르 더 오래 유지하는 다음의 방법을 습관화하는 것이 좋다.
 

• 스마트폰이 유도 충전을 지원하더라도 가능하면 항상 케이블로 충전하자. 
• 완전 방전을 피하자. 최적의 배터리 수준은 20~80%이다. 
•  배터리가 상대적으로 가득 차 있다면(60% 이상) 충전하지 말자. 
• 극단적인 온도 변동을 피하자. 
• 항상 제조업체가 판매하는 플러그 어댑터와 충전 케이블을 사용하자. 
• 성능 집약적 앱이나 게임이 실행 중이라면 스마트폰을 충전하지 말자. 
• 배터리가 완전히 충전되었을 때 스마트폰을 필요 이상으로 전원에 연결한 상태로 두지 말자. 

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