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专家开讲：深入了解电池技术──Part 4 (碱性电池)

2014-8-18 09:39:19 3401

0 资深工程师Ivan Cowie 这次要介绍的是大家很熟悉的碱性(alkaline)电池…非酸性(non-acid)电池是在由科学家甄格(Waldemar Jungner)与爱迪生(Thomas Edison)，陆续在1899年与1901年发明；而锌/锰(zinc/manganese)版本碱性电池技术专利则是在1960年由美国业者UnionCarbide Corp.取得。碱性电池是一种一次电池，在组装生产后能立即应用；这种廉价的一次电池其实诞生很早，具备高可靠性、高能量比以及高能量密度，但其内部电阻不容许高电流/高功率放电。该种电池库存寿命表现佳，温度表现也合格；有些制造商会生产藉由牺牲容量与可靠度达成的可充电版本碱性电池，这个我们会在后面讨论。更详细的碱性电池介绍可参考此连结，而下面则是摘录自美国电池供货商Rayovac的碱性电池产品基本规格： ˙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/消费价格(Energy/consumer price)：0.5美元约7~18 Wh； ˙自放电率(self-discharge rate)：每月0.17% (最新款产品)； ˙循环耐久性(cycle durability)：一次电池无此规格(其他可重复充电版本请参考制造商信息)； ˙标称电压(nominal cell voltage)：1.3~1.5V； ˙截止电压(Cutoff voltage)：每节0.8V (装载时)。化学反应式局部反应式： 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] 完整反应式： Complete reaction: Zn(s) + 2MnO2(s) ←→ ZnO(s) +Mn2O3(s) [e0 is 1.43V] 放电下面图一至图三是金顶电池(Duracell)的MV1500 Quantum系列3号(AA)碱性电池，在不同的功率负载与温度下的放电曲线；图四则是电池在两个不同功率负载下的内部电阻变化。图一　数个恒定电流的电池电压变化与使用寿命图二　不同恒定功率负载下的电池电压变化与使用寿命图三　100mA功率负载、不同温度下的电池电压变化与使用寿命图四　不同放电深度的Duracell MV1500电池电压与内部电阻可重复充电的碱性电池具备可重复充电特性的碱性电池也可以称作 RAM 电池，该技术早期是由Battery Technologies这家公司开发，然后授权给Grandcell、Rayovac、 Pure Energy与EnviroCell等几家厂商；接下来还有许多其他相关专利技术陆续被开发出来，扩大了该技术阵容。常见的可重复充电碱性电池尺寸包括4号(AAA)、方形(9V)、3号(AA)以及2号(C)与1号(D)；这种电池可被完全充电，且其电荷保持(charge-holding)特性比一般的镍氢(NiMH)、镍镉(NiCd)可重复充电电池更好。可重复充电的碱性电池充电效率相当高，循环周期达20次；由于该类产品是针对低电流(low-drain)、周期性使用，因此放电深度也较低，平均约25%。放电深度越高，也会让电池循环周期缩短。在电池容量方面，可重复充电碱性电池约是不可充电碱性电池的三分之二；其端电压(terminal voltage)在重新充电之后也会出现某种程度的下降，最好的产品大概仅能达到1.4V。此外，最好只使用制造商所建议的专属充电器来进行充电。至于一般的碱性电池到底可不可以拿来充电？笔者个人并未尝试过，但在技术上应该是可行的。笔者曾读过的一些报告指出，只要电池并没有被放电太深，其容量是可能透过利用Battery Xtender等充电设备，恢复到九成左右。最后是关于碱性电池的报废，这比起其他种类电池应该相对容易许多；不过还是请参考制造商提供的指南，把不要的电池送到适当的地方回收，举手之劳做环保！编译： Judith Cheng 参考译文： AllAbout Batteries,by Ivan Cowie 扩展阅读：专家开讲：深入了解电池技术 ──Part 1 专家开讲：深入了解电池技术 ──Part 2-1 专家开讲：深入了解电池技术──Part 2-2 专家开讲：深入了解电池技术──Part 2-3 专家开讲：深入了解电池技术──Part 3铅酸电池专家开讲：深入了解电池技术──Part 4 (碱性电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 5 (碳锌电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 6 (锌空气电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 7 (锂亚硫酸氯电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 8 (锌/氧化银电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 9 (钠硫电池) 专家开讲：深入了解电池技术──Part 10锂二氧化硫电池 0
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