碳锌电池(编按:也就是俗称的“干电池”) 一开始是湿式电池(又被称为Leclanche cell──勒克朗社电池),是与封装过的块状二氧化锰搭配制作出来。在1886年,德国科学家Carl Gassner采用氯化锌(zinc chloride)取代氯化铵(ammonium chloride),取得了干电池的专利。
1898年,Conrad Hubert (编按:他也是手电筒的发明人) 与W. Lawrence合作创办了Eveready Co.公司(编按:就是“永备” 电池啦…它的logo是一只黑色猫咪被一个数字9套住,是劲量-Energizer旗下品牌) ,开始销售干电池并进一步开发该技术。多年来,Eveready与其他同业不断升级干电池技术,包括在封装技术以及材料的纯化上都有所精进。
碳锌电池是目前的主流电池中最便宜的一种,适用各种低电流、非连续运转/间歇性使用的装置(编按:例如电视遥控器) ;这类电池的库存寿命表现中等,而且(现在的产品)对使用环境条件的耐受性相当不错;以下是碳锌电池的基本规格:
˙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;
˙放电效率(Discharge efficiency):50~60% (中度放电);
˙能量/消费价格(Energy/consumer price):1美元3.2 Wh;
˙自放电率(self-discharge rate):每月0.32% (4年内最新款产品);
˙循环耐久性(cycle durability):一次电池无此规格;
˙标称电压(nominal cell voltage):1.5V;
˙截止电压(Cutoff voltage):每节0.75~0.9V (装载时);
˙适用温度(Temperature range):-20°C ~ +55°C。
化学反应式
在这个方面有趣的是,碳实际上并非在碳锌电池的化学反应中扮演重要角色,石墨(graphite)与碳只是用来提升电池的导电性。
早期的电池:
2MnO2(s) + Zn(s) + 2NH4Cl(aq) → H2O(l) + Zn(NH3)2Cl2 (aq) + Mn2O3(s)
较新版的电池:
2MnO2(s) + Zn(s) + ZnCl2(aq) + 2H2O(l) → 2Zn(OH)Cl(aq) + 2MnO(OH)(s)
放电曲线图
以下是Eveready的1215锌锰(Zn/MnO2) 3号(AA)电池(参考连结)的放电图。
恒定电流负载、不同截止电压的放电曲线
恒定电阻放电曲线
干电池大厂对于碳锌电池都有提供详细的使用手册(参考连结);下回的专栏我们再继续讨论其他更多电池技术!