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專家開講:深入了解電池技術──Part 4 (鹼性電池)

上網時間: 2014年02月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:專家開講  鹼性電池  一次電池  可充電  壽命 

資深工程師Ivan Cowie 這次要介紹的是大家很熟悉的鹼性(alkaline)電池…

非酸性(non-acid)電池是在由科學家甄格(Waldemar Jungner)與愛迪生(Thomas Edison),陸續在1899年與1901年發明;而鋅/錳(zinc/manganese)版本鹼性電池技術專利則是在1960年由美國業者Union Carbide Corp.取得。

鹼性電池是一種一次電池,在組裝生產後能立即應用;這種廉價的一次電池其實誕生很早,具備高可靠性、高能量比以及高能量密度,但其內部電阻不容許高電流/高功率放電。該種電池庫存壽命表現佳,溫度表現也合格;有些製造商會生產藉由犧牲容量與可靠度達成的可充電版本鹼性電池,這個我們會在後面討論。

更詳細的鹼性電池介紹可參考此連結,而下面則是摘錄自美國電池供應商Rayovac的鹼性電池產品基本規格:

˙能量比(specific energy):85~190 Wh/kg;

˙能量密度:250~434 Wh/L;

˙功率比(specific power):50 W/kg;

˙能量/消費價格(Energy/consumer price):0.5美元約7~18 Wh;

˙自放電率(self-discharge rate):每月0.17% (最新款產品);

˙循環耐久性(cycle durability):一次電池無此規格(其他可重複充電版本請參考製造商資訊);

˙標稱電壓(nominal cell voltage):1.3~1.5V;

˙截止電壓(Cutoff voltage):每節0.8V (裝載時)。

化學反應式

局部反應式:

Zn(s) + 2OH-(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e- [e0 is -1.28V]

2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- → Mn2O3(s) + 2OH-(aq) [e0 is +0.15V]

完整反應式:

Complete reaction:

Zn(s) + 2MnO2(s) ←→ ZnO(s) + Mn2O3(s) [e0 is 1.43V]

放電

下面圖一至圖三是金頂電池(Duracell)的MV1500 Quantum系列3號(AA)鹼性電池,在不同的功率負載與溫度下的放電曲線;圖四則是電池在兩個不同功率負載下的內部電阻變化。

圖一 數個恆定電流的電池電壓變化與使用壽命
圖一 數個恆定電流的電池電壓變化與使用壽命

圖二 不同恆定功率負載下的電池電壓變化與使用壽命
圖二 不同恆定功率負載下的電池電壓變化與使用壽命

圖三 100mA功率負載、不同溫度下的電池電壓變化與使用壽命
圖三 100mA功率負載、不同溫度下的電池電壓變化與使用壽命

圖四 不同放電深度的Duracell MV1500電池電壓與內部電阻
圖四 不同放電深度的Duracell MV1500電池電壓與內部電阻

可重複充電的鹼性電池

具備可重複充電特性的鹼性電池也可以稱作 RAM 電池,該技術早期是由Battery Technologies這家公司開發,然後授權給Grandcell、Rayovac、 Pure Energy與EnviroCell等幾家廠商;接下來還有許多其他相關專利技術陸續被開發出來,擴大了該技術陣容。

常見的可重複充電鹼性電池尺寸包括4號(AAA)、方形(9V)、3號(AA)以及2號(C)與1號(D);這種電池可被完全充電,且其電荷保持(charge-holding)特性比一般的鎳氫(NiMH)、鎳鎘(NiCd)可重複充電電池更好。

可重複充電的鹼性電池充電效率相當高,循環週期達20次;由於該類產品是針對低電流(low-drain)、週期性使用,因此放電深度也較低,平均約25%。放電深度越高,也會讓電池循環週期縮短。

在電池容量方面,可重複充電鹼性電池約是不可充電鹼性電池的三分之二;其端電壓(terminal voltage)在重新充電之後也會出現某種程度的下降,最好的產品大概僅能達到1.4V。此外,最好只使用製造商所建議的專屬充電器來進行充電。

至於一般的鹼性電池到底可不可以拿來充電?筆者個人並未嘗試過,但在技術上應該是可行的。筆者曾讀過的一些報告指出,只要電池並沒有被放電太深,其容量是可能透過利用Battery Xtender等充電設備,恢復到九成左右。

最後是關於鹼性電池的報廢,這比起其他種類電池應該相對容易許多;不過還是請參考製造商提供的指南,把不要的電池送到適當的地方回收,舉手之勞做環保!

編譯:Judith Cheng

(參考原文: All About Batteries, Part 4: Alkaline Batteries,by Ivan Cowie)

延伸閱讀

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 1

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 2-1

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 2-2

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 2-3

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 3





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