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專家開講:深入了解電池技術──Part 6 (鋅空氣電池)

上網時間: 2014年04月17日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:鋅空氣電池  助聽器  可再生能源  電極  專家開講 

資深工程師 Ivan Cowie 的電池專欄這一次要介紹的是鋅空氣電池(zinc-air batteries;鈕扣型小電池,多應用在助聽器);在正式開始之前先來個電池技術小訣竅…

設計訣竅:如何打造並使用電池組

進行電池組(battery pack)設計時,請儘可能在一個電池組中使用相同種類的電池芯,而且這些電池芯最好是同一批製造;此外還需要考慮該電池組是否需要保護電路,或是考量其使用條件──過電流、過溫、低電壓鎖定、過充、機械性耐受度、壓力隔離、濕氣…等等因素。

另一個需要檢視的設計議題是組裝程序,包括當電池芯連結成電池組時的荷電狀態(the state of charge),這對並聯電池組來說特別重要;如果兩個電池芯是並聯的,其中一個已經放電、另一個卻是充飽的狀態,充飽的電池芯可能會導致一個互連接腳毀損,並將高電流傾倒至另一個電池芯,使得兩個電池芯的使用壽命都因此縮短。

最後還要考慮把電池組裝到應用終端產品時的荷電狀態以及連結;許多裝置在與電池的連結上都有基本的去耦電容(decoupling capacitors),在這種情況下,充飽的電池組會在輸入電容充電到電池組的電壓時產生大電流,這點需要納入考量。

值得注意的是,若是以上提到的關鍵出了任何錯誤,有可能導致災難性的提早失敗。我曾經看過一個電池組原型,以串聯方式堆疊鎳鎘(NiCd)電池,然後又並聯一顆9V電池;這種設計從頭到尾都很糟糕,因為是把一次電池與擁有不同內部電阻與容量的二次電池並聯。

不用說,該電池組如預期無法運作,只有鎳鎘電池發揮作用,不管有沒有連上9V電池時的整體表現都是一樣的;而當該電池組內的鎳鎘電池芯電壓高於9V電池芯,幾乎會把後者燒掉(產生的煙霧可能跟火警差不多…)──這當然不是我設計的,絕對不要學啊!

鋅空氣電池的歷史

多孔鉑金/碳空氣(porous platinum/carbon-air)結合材料在1878年就被發現,可取代濕式勒克朗社電池(Leclanche cell)內的二氧化錳(MnO2);美國業者National Carbon的George Heise 與 Erwin Schumacher在1932年開始推出利用該替代材料優勢的產品,他們的電池在電極上使用蠟來抑制液泛(flooding)問題。這種電池通常尺寸較大且容量低(低放電率),不過在鐵路運輸產業仍可看到一些應用。

在1970年代,電極技術的改善催生了醫療裝置使用的鈕扣型鋅空氣電池,其中又以助聽器應用為大宗。1996年,斯洛維尼亞籍(Slovenian)發明家Miro Zoric 開發出首款可重複充電的鋅空氣電池,並於1997年正式針對車輛應用商業化量產。現在有一些企業在評估鋅空氣電池於網格儲存(grid storage)領域的應用,因為它具備可再生元素(空氣),符合當紅的可再生能源概念。(點選此連結有針對鋅空氣電池的更詳細介紹)

各種尺寸的鋅空氣電池
各種尺寸的鋅空氣電池 (來源:Premium Batteries?)

(下一頁繼續:更多鋅空氣電池技術細節!)


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