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  電池的種類和型式,可能不下千種,小至電子錶,大至人造衛星都需要它,可見其對現代生活和現代科技之重要性。本文旨在說明常用小型電池之種類和識別方法,可作為選購電池之參考。

──編者

  電池是日常生活用品之一,隨著時代的進步,越來越多的電器需要使用電池,而更換電池的次數和使用種類也隨之增多。在市售琳瑯滿目品牌眾多的各種電池中,有幾塊錢一枚的,也有幾十塊一枚的,更有些號稱電能為一般電池5~7倍的強能電池。到底這些電池有什麼差異?除了售價差異外,是不是品質真有很大差別?另外充電電池是怎麼回事?賣充電器的人一再強調任何電池都可以充電,是真的嗎?還是為了促銷而胡說八道?

  說真的,以上這些問題,不要說一般人弄不清楚,就是裝過雙快槍、談論併聯式穩壓頭頭是道的音技讀者,答得上的想必也是寥寥無幾。但是電池已成為生活上的必需品之一,而且是消費品,是藉化學反應產生電能的裝置,套句電子術語說,他是電源供應器的一種,試想:電源供應器是多麼地重要。所以對電池多瞭解一些,即可減少誤用,或更充分的使用,此不僅可確保電器的性能正常,更不會買錯或被人所騙。

乾電池應用最普遍

  最常用的電池是所謂的乾電池,這個「乾」字的意義,一為相對於「濕電池」而言,如內部裝有硫酸的鉛蓄電池;另一為在儲存及使用的過程中外部完全保持乾燥。其實,沒有電池真正是乾的,乾電池也不例外,以最常見的碳鋅乾電池言,內部糊狀的電解質氯化銨NH4C1及氯化鋅ZnC1即含有水分,以利化學反應之進行。常用的乾電池,因以碳棒為正極,鋅筒為負極,故以碳鋅電池稱之,這種電池又因內部充填有大量之二氧化錳(MnO2),所以又稱錳電池。

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  錳電池常用的唯一號、二號、三號,常以UM-1、UM-2、UM-3或R-20、R-14、R-6標明。標準電壓為1.5V,大小雖不一樣,但結構相同,其電量和內部所填充之化學物質成正比,約為10:5:2,所以一號電池的電量為三號電池的五倍。實際上,電量的多寡視放電的情況而異,負載電流很小時,電量較接近化學物質之比,而電流大時,因各電池內阻不同(大電池內阻小,小電池內組大),較小電池所能持續的時間,往往不及化學填充物之比數,所以不同號數電池,有其最適當之負載電流上限。通常三號電池平均負載以不超過0.2~0.3A為原則,二號電池為1A以下,一號電池則可達1A以上。在不同的負載下,同號電池所能提供之有效電量也不一樣,在大電流時,若把電池一次持續用盡,往往會因內部極化及局部電池的產生,而使內阻增加,電量約僅得標準電量之70%~80%。所謂標準電量並無一定標準,通常為三號15mA、二號電池30mA、一號電池60mA持續放電至端電壓降至0.9V之電量。若電池使用時,負載電流非常小,或採取斷續放電的話,電池會因本身之恢復作用(新式電池多加有去極化劑),而導致壽命延長,一枚電池所能提供之電量,可能會超過標準電量之10%或更多。

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  除了上面所談三種乾電池外,還有一種常見的方形9V電池,這種電池常標有006P字樣,屬於積層電池,就是把很多小電池串聯在一起,由於每一電池均很小,所以電壓雖高,卻因內阻之大增而不能提供大電流,僅能提供約0.2A的瞬時電流及數拾mA的持續電流,故使用9V方型電池的電器,必然是耗電量少的,如口袋型收音機或玩具遙控器等。

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電池也分等級

  應用得最普遍的錳電池,在國外每一廠牌都還分有兩三種不同等級產品。以國際牌為例就有:Hyper Heavyduty、Extra Heavyduty三種,分別為藍色、紅色、黑色,售價則節節升高。這些被稱為Heavyduty或Extra的電池,在構成原料和封裝方面,都和基本型(藍色)錳電池不同,碳棒較純、較密,化學物顆粒也比較小,使用上比較穩定,提供的電量也比標準型電池多。大致說來,Heavyduty的電量比基本型電量多50%~100%,而Extra又比Heavy的多20%,這是約略的估計,Extra的儲存壽命(保存壽命為其電量降至50%所需之時間)及低溫特性都比較好;通常低溫時,電池的電量會大大降低,而國際牌Extra在0oC時,所提供的電量比Heavy多80%,此種特點對寒帶地區用者及登山者言就很重要了。

  由此可見,在常溫下使用,相差並不很多的電池,在環境特殊時,其品質差異會益加明顯,但賣電池的可能自己也不知道這些特點,而消費者更是茫然。

最昂貴電力

  那麼區區一枚乾電池能提供多少電量呢?我們可以根據飛利浦最高級的黑色電池來估算,他的UM-1、2、3分別標明了電量為8000mAh(20mA放電)、3600mAh、1300mAh(5mA放電),若乘以1.5V,其所能提供之電能為12Wh、5.4Wh、2Wh。以UM-1一枚售價25元計算,一度電(1000Wh)的費用為1000÷12x25=2083元,以UM-3一枚10元計算,一度電費用即為5000元,比向電力公司買電貴上數百倍至千倍!所以經常用電池的電器,所要付出的「能源代價」是非常高的,如果經年累月的換用乾電池,花費將十分可觀。

充電電池好處多

  所以為了節省費用,以及保持方便(用整流器可省電池錢,但拖泥帶水的失去了袖珍的意義),可以使用充電電池,也就是鎳鎘電池(Ni-Cd BATTERY)。鎳鎘電池同樣也分一、二、三號,常以Size D、Size C、Size AA來區分,其意義和UM-1、2、3是一樣的。鎳鎘電池是一定標有容量的,通常D行為3500~4000mAh,C型為1600~1800mAh,AA型為450~500mAh,而有些D型電池為了減低售價,而把容量降為1200mAh,方形的9V充電池也有,但比較少見,容量為275mAh。鎳鎘電池的售價相當貴,D型的要400元一只,C型的要250元,AA型的要80元,不過這是百貨公司或電器行的價錢,在電料行買,可以便宜兩成以上,而9V的特別貴,每只要350元左右,因為它也是積層的。

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  鎳鎘電池的特點是除了可反覆充電使用外,還有內阻特低以及電壓只有1.2V。電壓較一般乾電池低20%,這種差距是相當大的,但不必擔心,因為即使是錳電池,在大電流負載時,過不了多久,電壓也會降至1.3V,若再持續下去的話,恐怕就會低於1.2V了。而鎳鎘電池最拿手的就是大電流放電,它可以在相當大電流的情況下,保持1.2V的端電壓,而且可在瞬間提供極大電流,所以鎳鎘電池充滿一次的電量雖僅及最高級錳電池的40%至60%,卻因為可以一次連續把電放得乾乾淨淨,且能維持電壓穩定,所以很適合耗電量大的電器使用,如:手提式VTR、閃光燈、高級遙控車等。至於充電次數,則約在300次~1000次間,是電池充電時已被消耗之程度而定,若每次充電時,電池之電量已全部耗盡,則約只能反覆充電300次,若電量只耗一半左右,則可充1000次。充電之電流,常為其標明mAh之十分之一(即1/10C),分別為400mA、180mA、50mA,由於充電率非100%,所以充電時間定為15小時,有些充電電池允許以較大電流充電(例如國際牌之黃色包裝,允許充電電流大致C),充電時間隨之縮短。以過大電流充電或過量充電,不僅無法增加電量,反而易損壞電池,減少容量及減短壽命,應力求避免。

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  在各種鎳鎘電池中,以AA型最經濟,其售價僅為同型高級錳電池之6倍左右;而C型充電電池為同型乾電池之10倍價錢;D型更貴到15倍,所以購用充電電池,以AA型最划得來。而且還有一投機之使用法,就是AA型電池和C型電池的長度是一樣的,僅直徑不同,因此我們可以用報廢的底片捲起來,套在AA電池上,充作C電池用,由於鎳鎘電池電壓不像錳電池那樣易於掉下來,所以除了耐用時間縮短外,並不會有無法供應足夠電流的問題。但其他類型的電池,不宜以此法代用。

充電器不是萬能

  有些地攤和電器行老闆,為了急於把充電器推銷給顧客,往往把充電器的用途擴充到任何電池都可充電,這種利用顧客貪小惠的心理(這樣不必買充電電池了)來推銷充電器,實在不是上策,奇怪的是有些充電器包裝上也這麼寫。在市面上所能買到的各種小型電池中,除了鎳鎘電池外,都是「一次電池」,也就是其內部之化學反應為非可逆反應,所以不能充電,但是如果硬要拿來充電,並非不可,在電池未耗盡前,確實可以利用充電器迫使電池內部之化學物質產生局部之逆反應,而增加一點電能,但此種充電效率是很差的,等到電全部耗盡時,就根本充不進去了。水銀電池及氧化銀電池,更不能充電,因可能爆開來,大部分此類電池或包裝上註明,先進國家出品的充電器上也會說明此點。

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高壽命的鹼性電池

  前面提過,電池的儲存壽命為其電量減至50%之時間,一般說來,錳電池的儲存壽命,最長可達5年以上,最短的大概也有兩年,負責任的製造商當會把製造日期打在底部,如83-06即表示為今年6月製造的,購買時即可研判其新鮮或不新鮮。鎳鎘電池充電後保持電量的能力就差多了,通常三個月至六個月,視保存溫度而定,故即使充了電沒用,還是要再充才能保持其電能,所以在某些備而不用的電器裡,如手電筒等,就不宜置放鎳鎘電池,在這種情形下,可以用鹼性電池(Alkaline Battery),或稱為鹼錳電池(Alkaline manganese battery),這是乾電池裡,最可靠耐用的一種。它的構造和一般電池不同,雖亦用MnO2作為氧化劑,但卻以強鹼苛性鉀(KOH,氫氧化鉀)作為電解質,故名之。

   鹼性電池的特點是內阻低,介於一般電池和鎳鎘電池之間,可提供強大電流,以及其電量為一般最高級錳電池2~3倍以上,和基本型錳電池相比,就有5~7倍的電量了,所以永備電池稱其電量為一般電池之5~7倍,並無誇大,只是所指的是鹼性電池罷了。其實,只要是世界名廠出品的鹼性電池,同樣有這麼強的電能,市上能買到的有德國VARTA、日本富士等,均為同類產品。

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  鹼性電池因為電量大,所以售價也高,1號的每只要50元以上,2號的每只35元以上,3號的每只20元以上。在耗電量大及要求絕對可靠的情形下很適合用,如相機、閃光燈、手電筒、對講機、MC放大器等。前面所說的相機,試紙裝有馬達或閃燈的相機言,此類相機為求測光、快門準確,多不允許用鎳鎘電池,而指定用鹼性電池。日本有些廠商為配合相機用電之特性,還推出Photo專用的鹼性電池,和一般鹼性電池有何不同,就不清楚了。

袖珍電池也有學問

  以上所談的,是一號、二號、三號電池的種類和特性,也是最容易買到的幾種,但是在IEC制定的乾電池標準規格裡,還有兩種更小的電池R03、R1,通稱UM-4、UM-5,即四號、五號電池,是為特別小型的電器設計,由於其電量小,價錢不便宜(和UM-3同價,甚至更貴),故應用並不普遍,鎳鎘電池中,也同樣有這兩種規格。

  除了以上這些乾電池外,常用到的電池還有許多種,就是鈕扣型的袖珍電池,別小看這些乍看之下都差不多的小電池,裡面還真有一些小小的學問。

  袖珍型電池大多應用在照相機、電子錶、電算機和小型電動玩具裡,有些儀表及附有LED時鐘的收音機內也會用到,外型種類非常多,有二十種以上,而且根據其氧化物之不同,有氧化銀電池(Silver oxide)、水銀電池(Mercury)、鹼性電池(Micro alkalien)之分,而以氧化銀電池之特性最理想,電壓高(1.55V)、放電極穩定、售價也最貴。水銀電池由於電壓不同(約1.3V)所以雖然外型有許多種和銀電池相同,但不見得在任何袖珍電器裡都可代用,尤其是老式的照相機和電子錶、設計時以1.3V水銀電池為準,如果換上1.55的銀電池,很可能會影響其正常工作。由於新的電算機、電錶,大多以1.5V或3.0V電壓為設計基準,故水銀電池運用越來越不普遍,也不易購買,而在市面上以魚目混珠方式當作水銀電池在賣的,其實是微型鹼性電池。

小心魚目混珠

  由於業者和消費者缺乏常識,往往一看到袖珍電池就以為是水銀電池,只要形狀一樣,就往電子錶、相機、計算機裡塞,通常鹼性電池和銀電池是可以互相代用的,因電壓相差極微,但是在特別精密或高價的電子產品裡,如照相機、電子錶,往往在說明書上規定只能用銀電池,而不宜用其他電池,那是因為鹼性電池放電特性較差的緣故,但廉價的電子錶、電算機、電玩上幾已全部改用鹼性電池(其價格為銀電池之四分之一),所以市售電子錶筆每支幾十塊錢,有人奇怪其何以能附贈高價的電池,其實裡面用的正是最小號的鹼性電池──每枚批售價僅數元而已。

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  所以購買小型電池時,一定要先弄清楚你真正需要的是什麼電池,或拿著原用電池去換購(但也要注意,賣電池的有時只認形狀不認類別)。有一個輔助的方法,就是看電池上的型號,以最普遍用的G-13電池言,IEC型號MR代表水銀電池、SR代表銀電池、LR代表鹼性電池,但有些廠牌不標IEC的型號而打上自己的型號,就只有看電池上包裝的說明了。

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鋰電池要打天下

  最近一、兩年,有一種新型電池很受重視,就是鋰電池(Lithium),標準電壓為3V,其同體積儲電量為鹼性電池之三倍,在電子錶中已被大量應用,有些電子錶號稱七年不必換電池,用的就是鋰電池。另外柯達公司在新發明之碟型相機中亦用鋰電池,並視為永久性零件,在五年保用期限內不必更換,而提供相機馬達、光圈、快門、閃燈一切電力,是高級電池商業運用的一個特殊例子,可見鋰電池之超高信賴度。

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國產電池要加油

  在瞭解了上述種種電池後,再回顧國產電池,遺憾得很,到目前為止,國產電池仍只限於普通級之錳電池和袖珍鹼性電池,大同公司雖有出品高級錳電池,卻是向日本訂製的,而國產電池給人的印象不好,不僅是電力不夠而已,還包括嚴重之漏液現象,也就難怪原裝電池在國內市場這麼吃香了。

  電池這種東西,在日常生活中雖不是絕對必須,單顯然和袖珍電子業之發達有密切關係,而在緊急時,是非常重要的能源裝置,若我們對其多認識一些,無論在平時或非常情況下,都是很有意義的。

轉載音響技術第93期SEP. 1983 最昂貴的電力──電池/吳人仰

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