電池的用途

電 池 簡 介





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本文為課程講義

一、碳鋅電池


碳鋅電池乃一種極普遍的乾電池，早在1900年以前，已經商品化。碳鋅電池的大小、形狀和使用壽命有好幾種。如果不計較其功能的強弱，則碳鋅電池是一種安全又經濟的電池，何況其來源沒有問題。

碳鋅(C-Zn)電池是一種電化學(Electrochemical)系統，它是以鋅做陽極(陽極送出電子到電路中，因此是負極)，以二氧化錳(MangneseDioxide)粉末混合物和其他材料當做陰極(正極);氯化銨(A nomonium chloride)的電解質凍 (ElectrolyteJelly)和氯化鋅(Zinc chloride)溶解於水中當做電解液;而碳棒刀把外界電路的電子傳回到陰極(正極)。電池中的陰極混合物也當做去極劑(De-polarizer)。

如果便用的電流很小，且使用的時間不長，則碳鋅電池是最有效率的。如果使用的電流較大及使用的時間較長的話，則電池因化學反應放出電能所產生的氫氣(HydrogenGas)會積在碳棒，阻礙其傳導電子的能力，因而降低電池的效率。做為去極劑的陰極混合物，乃防止氫氣存在碳棒的作用劑;因此，如沒有去極劑的話，電池的工作效率會受到影響。然而，即使有去極劑，碳鋅電池在大電流的使用狀況下亦無法使用太久。

碳鋅電池在電解質混合物和碳棒大小的製法上有許多型式完全不同。設計給收音機使用的電池，含有高百分比的活性電化學的 (Electrochemical)材料。這種電池比用於閃光町的電池具有較大的容量，因而，使得它在低電流的使用情況下，能維持很久; 而閃光阿用的電池，須含有更多的碳，以便能在短時間內產生大電流，觸發閃光打泡。一般用和工業用電池，其使用壽命和容量特性，已經被修改成適用於此兩種不同使用情況的特性
。

碳鋅電池的使用壽命和其使用情況有密切的關係。當所需的電流降低時，會改進電池的化學效率，以兩個並聯的電池代替一個電池，可以增長三倍的使用壽命。安培小時(Ampere-hour)碳鋅電池使用到IV時的使用壽命估計的容量跟電池的大小和使用電流的高低很有關係，其他影響電池使用壽命的因素尚有周圍溫度和放在電池架上的時間。在室溫為20℉時，電池的容量約降低一半;而在-2O℉時，幾乎降到零。假如把特殊的電解液加入電池，將會稍為改善低溫的功能。如電池一直被存放在溫度70℉的環境中，則其使用壽用大約縮短一半，假如電池被放在更高的溫度中，則其變質的速度會更快。

電池大小
和重量 使用電流 容量 能量密度
(oz) (mA) (hr) (Ahr) (Whr/lb)
AAA
0.3 2 290 0.45 30
10 45 0.37 25
20 17 0.28 19
AA
0.6 3 350 0.88 29
15 40 0.50 17
30 15 0.37 12
C
1.4 5 430 1.8 26
25 100 2.1 30
50 40 1.7 24
D
3.3 10 500 4.2 25
50 105 4.4 27
100 45 3.8 23

二、鹼性電池

鹼性電池的發展，主要被用於需要高電流使用的裝置，以代替較不實用的碳鋅電池。鹼性一二氧化錳一鋅電池(Alkaline-manganese Dioxide-zinc Cell)的電壓一時間特性的降低速率低於碳鋅電池。在高電流的使用情況下，鹼性電池的使用壽命約標準式碳鋅電池的十倍。

鹼性電池以一大片的鋅做陽極，以高密度的二氧化錳混合物做陰極及用鋼或沒電鍍的黃銅做為電流集結器。鹼性電池與碳鋅電池最大的差異，乃在於鹼性電池使用高濃度的鹼性氫氧化鉀(Potassium-hydroxide)做電解液。

鹼性電池具有極高的去極(depolarization)效率，所以它能連續的供應大電流，而碳鋅電池必須間歇性地使用。鹼性電池在經過使用一段時間後，還是保持著近1.5V的輸出能力。在低電流的使用情況下，鹼性電池雖然有較高的安培一小時容量;但它與碳鋅電池的電流密度足一樣。如果使用在大電流的情況，則鹼性電池就比碳鋅的功能要好。

鹼性電池在低溫下的工作能力亦較碳鋅電池好;而且，在不使用時，既便不把鹼性電池從電池架上拿下，它亦能維持很久的時間;如果存放在低溫下，則更能延長壽命。

可充電的(rechargeable)鹼性二氧化錳電池，其大量使用的時間已超過10年。由於它的防漏性相當好，所以可被使用在任何環境。

然而鹼性電池可再充電的次數少於鎳一鎘(Nickel-Cadmi-um)電池。就像基本的鹼性電池一樣，可充電的電池亦是以鋅做為陽極，二氧化錳做陰極和以氫氧化鉀做電解液;但足可充式電池還是有不同之處，其內部經過設計變更後，無論充電或放電都很成功。

可充式電池的放電特性與一般不可充式的電池很類似。當其化學能降低時，其輸出電壓的降低速率還是很慢，但是無論如何，可充式電池無法再被充電至其原先的輸出電壓;而且當充電的次數增加時，極可能損害其功能。即使其兩端電壓保持一定，但其可利用的化學能，會隨著使用時間的增長而降低。

可充式的鹼性電池，使用的放電電流，應該使用在廠商所建議的電流量，直到用完其額定的安培一小時(Ampere-hour)容量再按照所建議的充電時間的長短充電。如果使用者能依此原則使用，則可使充、放電的次數達到預期的次數。降低放電電流或降低安培一小時容量的消耗，雖可增長電池的壽命;然而，一旦電路需要的功率超過電池的額定容量時，則其使用命壽命將會縮短很多。

三、汞電池

鋅一氧化汞(Zinc-mercuricoxide)電池所能產生的化學能，高於碳鋅及鹼性電池。大約80%--90% 的活性電化學材料，被用於所謂的汞電池。

汞電池，其陽極(負極)是鋅一汞合金，而陰極是氧化汞，亦是去極劑。其電解液用氫氧化鉀。汞電池在有負載的情況下，尚能維持平穩的放電特性及高於所需的正常電壓，此乃其特性之一。不管所需電流的大小，汞電池均能保持相對穩定的安培一小時容量。汞電池放在電池架上，如不使用，幾乎不會漏電;在高溫度環境中，亦能保持其良好的特性;而且對於震動和加速度的使用情況，亦有良好的抵抗性。汞電池的極性與碳鋅、鹼性電池相反，其已被廣泛地用於照相機、助聽器、儀器和通訊器材。

汞電池主要的型式有兩種:圓筒型和鈕扣型電池。

1.35伏特(1.35V)的汞電 池能提供高穩定度的電壓它能提供固定的工作電壓，直到幾乎放完電為止。1.35V汞電池乃工業用電池，它使用於儀器，亦可用於科學和醫學。這些電池的電壓，常被當作第二標準電壓。1.35V的汞電池含有純氧化汞去極劑。

1.40V的汞電池，乃一般用途 的電池;它們的去極劑是氧化汞和二氧化錳的混合物。在額定的工作電流(約為最大承受電流的一半)情況下，典型的汞電池向能量密度範圍45-50Whr/lb(瓦，小時/磅)。對於l號電池一D size (重量約6盎斯)，其額定電流約250mA;而3號電池一A size(約1.4盎斯)，其額定電流為80mA。

在低溫的工作環境中，大多數的汞電池，其功能受到損失。如溫度在40"F時，會嚴重的損失汞電池的容量，而且如溫度更低的話，則汞電池的功能幾乎儘失，除非使用的電流非常小。

汞電池的第二型是鎘一氧化汞(Cadmium-mercuric Oxide)系統，此型電池的開路電壓為0.94V，其能量密度為18瓦．小時/磅。它不是一種高能量的電池。

鎘汞電池乃被設計用於特殊的環境(特別是一65～300℉)，它是以鎘做陽極，以氧化汞做陰極，而以氫氧化鉀做為電解質。此型電池在使用年限中，其功率經常不穩定;然而，其放在架上的年限，估計為10--20年之久。當它不放出化學能時，所有的元素都不是活性的(此乃其放在架上能長久的主要原因)。

鎘汞電池能抵抗30,000g的震動和30,000rpm 的高速運轉。這種粗糙的電池，被用於保險、安全防護系統和計時器等裝置。

四、氧化銀電池

氧化銀電池跟汞電池一樣，其放電電壓曲線亦極為平穩。但它的工作電壓為1.5V(開路電壓為1.6V)。氧化銀電池的安培一小時容量大約與汞電池一樣。 氧化銀電池乃助聽器和電錶的重要電源。其正極(陰極)乃氧化銀和二氧化錳的去極氧化物，隨著應用的不同，其混合物的成分就不一樣;負極是鋅。使用於助聽器的氧化銀電池(需要低的洩電流，長的使用壽命)，其電解液為強鹼性的氫氧化鉀，以增強其能量密度;而用於電子錶的氧化銀電池(非常低的洩電流，極長的使用壽命)，其電解液為穩定性更好的氫氧化鈉(50-diumHydroxide)。

氧化銀電池的壽命很長，而且其在高溫時，其功能不受影饗;即使在低溫的環境中，它的功能尚強過大多數的汞鋅電池。由於氧化銀電池所需的材料較貴，所以氧化銀電池主要的型式為鈕扣型及其他較小尺寸的型式。
D-size(l號)或更大的可充電式的氧化銀電池，密封型(sealed)及開口型(Vented)的效果都不錯;然而，如果其他型式的氧化銀電池，高價格因素不予考慮的話，則寧封型及開口型電池的應用將受到限制。

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電池是指把化學能或者光能轉變為電能的裝置。

電池主要有化學電池、太陽能電池和原子能電池。




[編輯] 化學電池
化學電池，是指通過電化學反應，把正極、負極活性物質的化學能，轉化為電能的一類裝置。經過長期的研究、發展，化學電池迎來了品種繁多，應用廣泛的局面。大到一座建築方能容納得下的巨大裝置，小到以毫米計的品種。無時無刻不在為我們的美好生活服務。現代電子技術的發展，對化學電池提出了很高的要求。每一次化學電池技術的突破，都帶來了電子設備革命性的發展。現代社會的人們，每天的日常生活中，越來越離不開化學電池了。現在世界上很多電化學科學家，把興趣集中在做為電動汽車動力的化學電池領域。


[編輯] 乾電池和液體電池
乾電池和液體電池的區分僅限於早期電池發展的那段時期。最早的電池由裝滿電解液的玻璃容器和兩個電極組成。後來推出了以糊狀電解液為基礎的電池，也稱做乾電池。

現在仍然有「液體」電池。一般是體積非常龐大的品種。如那些做為不間斷電源的大型固定型鉛酸蓄電池或與太陽能電池配套使用的鉛酸蓄電池。對於移動設備，有些使用的是全密封，免維護的鉛酸蓄電池，這類電池已經成功使用了許多年，其中的電解液硫酸是由矽凝膠固定或被玻璃纖維隔板吸付的。


[編輯] 一次性電池和可充電電池
一次性電池俗稱「用完即棄」電池，因為它們的電量耗盡後，無法再充電使用，只能丟棄。常見的一次性電池包括鹼錳電池、鋅錳電池、鋰電池、鋅電池、鋅空電池、鋅汞電池、水銀電池、氫氧電池和鎂錳電池。

可充電電池按製作材料和工藝上的不同,常見的有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳鐵電池、鎳氫電池、鋰離子電池。其優點是循環壽命長，它們可全充放電200多次，有些可充電電池的負荷力要比大部分一次性電池高。普通鎳鎘、鎳氫電池使用中，特有的記憶效應，造成使用上的不便，常常引起提前失效。


[編輯] 電池的理論充電時間
電池的理論充電時間：電池的電量除以充電器的輸出電流。

例如：以一塊電量為800MAH的電池為例，充電器的輸出電流為500MA那麼充電時間就等於800MAH/500MA=1.6小時，當充電器顯示充電完成後，最好還要給電池大約半個小時左右的補電時間。

[編輯] 燃料電池
燃料電池是一種將燃料的化學能透過電化學反應直接轉化成電能的裝置 燃料電池是利用氫氣在陽極進行的是氧化反應，將氫氣氧化成氫離子，而氧氣在陰極進行還原反應，與由陽極傳來的氫離子結合生成水。氧化還原反應過程中就可以產生電流。 燃料電池的技術包括了出現鹼性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、質子交換膜燃料電池（PEMFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固態氧化物燃料電池（SOFC），以及直接甲醇燃料電池（DMFC）等，而其中，利用甲醇氧化反應作為正極反應的燃料電池技術，更是被業界所看好而積極發展。


[編輯] 染料敏化太陽能電池電池

[編輯] 電池的安全性測試項目
內部短路測試
持續充電測試
過充電
大電流充電
強迫放電
墜落測試
從高處墜落測試
穿透實驗
平面壓碎實驗
切割實驗
低氣壓內擱置測試
熱虐實驗
浸水實驗
灼燒實驗
高壓實驗
烘烤實驗
電子爐實驗