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專家開講:深入了解電池技術──Part 7 (鋰亞硫酸氯電池)

上網時間: 2014年06月17日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:鋰亞硫酸氯電池  液態  電解液  電極  低溫 

資深工程師 Ivan Cowie 的電池專欄這一次要介紹的是鋰亞硫酸氯電池(lithium thionyl chloride (Li-SOCl2);在開始之前也是先來段電池技術小訣竅…

技術訣竅:為電池設計外殼

在為電池設計外殼的時候,不要忽略以下的幾個重點:

˙線路電感與電阻帶來的影響;

˙接觸電阻與一段時間之後的腐蝕所帶來的影響;

˙針對震動、穿刺…等等的機械保護;

˙符合安全規範(包括IEC 60950等標準)、爬電距離以及間隔距離的最小空間需求;

˙熱管理;

˙替換與維修的簡易性;

˙考量運送、短路保護或裝置意外啟動(如提供斷路設計)等因素;

˙EMI與(耐受高功率RF的)敏感度,對智慧型電池尤其重要;

˙環境因素考量,包括放氣(outgassing)、漏電、空氣助燃、輻射、爆炸、壓力等;

˙可製造性設計以及避免在與電池初次連結時的大電流。

鋰亞硫酸氯電池

鋰亞硫酸氯電池的最特殊之處在於擁有一個液態陰極,可適用於最低至-55°C的溫度, 使得這種電池在低溫環境運作的性能較佳;而且不同於其他種類採用液態電極的電池通常會排放氣體,這種電池技術在即使是惡劣條件下的排放也十分有限的特性可說是非常優異,可惜的是其電解液具有毒性,並會與水產生反應。

此外鋰亞硫酸氯電池具備高能量比、重量輕,但內部阻抗非常高,因此只能以有限的短路電流低速放電;還有一個缺點是,在較長時間的儲存之後,這種電池再繼續使用時會出現延遲產生良好端電壓的情形。不過目前已有電池廠商透過在電池組中放置一個電容器,來改善以上的部分缺點。

這類電池技術的超低電流版本,有被應用在記憶體以及遠端監控計量表的備用電池上;而高電流版本則運用在一些軍事與汽車應用。但因為鋰亞硫酸氯電池有安全上的疑慮(例如可能爆炸以及屬於Class 9危險運輸材料分級),再加上價格較高,使得這種技術無法更普及運用。以下是鋰亞硫酸氯電池的基本規格:

˙能量比(specific energy):500 Wh/kg;

˙能量密度(Energy density):1,200 Wh/L;

˙功率比(specific power):約18 W/kg;

˙放電效率(Discharge efficiency):6~94% (高度依賴負載);

˙能量/消費價格(Energy/consumer price):1美元5.1 Wh;

˙自放電率(self-discharge rate):每月0.08 %;

˙循環耐久性(cycle durability):為一次性電池;

˙標稱電壓(nominal cell voltage):典型值3.5V;

˙截止電壓(Cutoff voltage):每節3V,裝載情況下;

˙適用溫度(Temperature range):通常為-55~ +85°C (部分特殊規格最高可達+130°C)。

化學反應式

4Li + 2SOCl2 → 4LiCl + S + SO2

以下是與鋰亞硫酸氯電池特性相關的一些圖表:

半AA尺寸;藍色曲線為180K Ohms使用四年,灰色曲線為180 Ohms使用30小時;圈圈內的放大圖是放電中斷時的恢復電壓特寫
藍色曲線為180K Ohms使用四年,灰色曲線為180 Ohms使用30小時;圈圈內的放大圖是放電中斷時的恢復電壓特寫

電壓延遲效應,端電壓與時間的對比
電壓延遲效應,端電壓與時間的對比

對電流量的依賴性──自放電會隨著運作壽命而增加
對電流量的依賴性──自放電會隨著運作壽命而增加

端電壓、內部電阻以及兩種負載類型下的放電深度
端電壓、內部電阻以及兩種負載類型下的放電深度

下次專欄再見!

編譯:Judith Cheng

(參考原文: All About Batteries, Part 7: Lithium Thionyl Chloride,by Ivan Cowie,MaxVision首席工程師)

延伸閱讀

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 1(專欄介紹)

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 2-1(電池基本介紹與專業術語)

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 2-2(電池基本介紹與專業術語)

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 2-3(電池基本介紹與專業術語)

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 3(鉛酸電池)

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 4(鹼性電池)

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 5(碳鋅電池)

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 6(鋅空氣電池)





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