專家開講：深入了解電池技術──Part 5 (碳鋅電池)

碳鋅電池(編按：也就是俗稱的“乾電池”) 一開始是濕式電池(又被稱為Leclanche cell──勒克朗社電池)，是與封裝過的塊狀二氧化錳搭配製作出來。在1886年，德國科學家Carl Gassner採用氯化鋅(zinc chloride)取代氯化銨(ammonium chloride)，取得了乾電池的專利。

1898年，Conrad Hubert　(編按：他也是手電筒的發明人) 與W. Lawrence合作創辦了Eveready Co.公司(編按：就是“永備” 電池啦…它的logo是一隻黑色貓咪被一個數字9套住，是勁量-Energizer旗下品牌) ，開始銷售乾電池並進一步開發該技術。多年來，Eveready與其他同業不斷升級乾電池技術，包括在封裝技術以及材料的純化上都有所精進。

碳鋅電池是目前的主流電池中最便宜的一種，適用各種低電流、非連續運轉/間歇性使用的裝置(編按：例如電視遙控器) ；這類電池的庫存壽命表現中等，而且(現在的產品)對使用環境條件的耐受性相當不錯；以下是碳鋅電池的基本規格：

˙能量比(specific energy)：36Wh/kg；

˙能量密度(Energy density)：250~434 Wh/L；

˙功率比(specific power)：10~27W/kg；

˙放電效率(Discharge efficiency)：50~60% (中度放電)；

˙能量/消費價格(Energy/consumer price)：1美元3.2 Wh；

˙自放電率(self-discharge rate)：每月0.32% (4年內最新款產品)；

˙循環耐久性(cycle durability)：一次電池無此規格；

˙標稱電壓(nominal cell voltage)：1.5V；

˙截止電壓(Cutoff voltage)：每節0.75~0.9V (裝載時)；

˙適用溫度(Temperature range)：-20°C ~ +55°C。

化學反應式

在這個方面有趣的是，碳實際上並非在碳鋅電池的化學反應中扮演重要角色，石墨(graphite)與碳只是用來提升電池的導電性。

早期的電池：

2MnO₂(s) + Zn(s) + 2NH₄Cl(aq) → H₂O(l) + Zn(NH₃)₂Cl₂ (aq) + Mn₂O₃(s)

較新版的電池：

2MnO₂(s) + Zn(s) + ZnCl₂(aq) + 2H₂O(l) → 2Zn(OH)Cl(aq) + 2MnO(OH)(s)

放電曲線圖

以下是Eveready的1215鋅錳(Zn/MnO2) 3號(AA)電池(參考連結)的放電圖。

恆定電流負載、不同截止電壓的放電曲線

恆定電阻放電曲線

乾電池大廠對於碳鋅電池都有提供詳細的使用手冊(參考連結)；下回的專欄我們再繼續討論其他更多電池技術！

編譯：Judith Cheng

(參考原文： All About Batteries, Part 5: Carbon Zinc Batteries，by Ivan Cowie)

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