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專家開講:深入了解電池技術──Part 5 (碳鋅電池)

上網時間: 2014年03月14日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:碳鋅電池  乾電池  庫存壽命  專家開講  規格 

資深工程師Ivan Cowie的電池專欄又來了,這次要介紹的是碳鋅電池(carbon zinc battery)。

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
恆定電流負載、不同截止電壓的放電曲線

恆定電阻放電曲線
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)

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

˙專家開講:深入了解電池技術──Part 4





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