2020年2月26日 星期三

鹼性電池電流太大會弄壞玩具要用碳鋅電池???

        前幾個禮拜經過玩具店,去買了一個小朋友玩具要送堂哥的小妹妹,後來挑選了一個公主梳妝台,化妝台與吹風機還會發光,結帳的時候店員問我要不要一起買電池順便測試有沒有壞,我當下回應OK,但後來他接著說這個玩具要用一般的電池,鹼性電池的電流太大容易弄壞!電流太大容易弄壞!電流太大容易弄壞!.............突然覺得這句話好像常聽到,但現在想想其實沒有什麼道理。

        之前電視廣告還常出現Panasonic 大電流鹼性電池,這的確也讓人覺得大電流=鹼性電池的印象,但我查了一下Panasonic的網站,中文網站的廣告還是留著大電流的字眼,但是英文網站並沒有特別強調大電流。


        電池的原理在國中其實都有學過,當時馬蓋先有一集是無線電電池沒電了,用仙人掌來製作電池[3],乾電池本身是個化學反應,但在使用上或行為上可以簡化成一個Voltage Source或一個超級大電容Super Large Capacitor然後帶著一個電阻R簡單電路模型,電池本身為化學反應,所以電壓會隨著放電越放越少,行為其實比較像電容,但放電曲線與電流大小有關,如Energizer Max規格書的內容[1]。

        鹼性電池電流比較強嗎? 從模型來看在短時間內放電週期,電流的大小會被電池內阻R限制住,這裡拿常見的勁量鹼性電池Energizer Max與永備碳鋅電池EVEREADY SUPER HEAVY DUTY來測試看看。


        測試環境如下,這裡準備了三種不同負載電阻5.1 ohm, 2.55 ohm, 0.68 ohm,透過歐姆定理可以算出電池的內阻R。

        R = (Vinitial - Vmeas.)/Imeas.



        結果的確勁量鹼性電池的內阻R有小於碳鋅電池,但在一般高負載~500mA的條件下其實差異不大 ~ 0.1 ohm。
        另外電池本身是個電壓源,在電壓相同且所需要的電流一樣的條件下,電流是會一樣的,例如表格中電阻負載5.1ohm,在1.6x伏特的電池電壓下會抽走的電流I已經被歐姆定律I=V/R所決定了,現代化的電子零件也是一樣,除非電池電壓不一樣,不然相同的電壓電池下,無論是鹼性電池,碳鋅電池表現會相同

        那為什麼會有鹼性電池電流比較大容易造成損壞的說法,這裡查了一下所謂的電流比較大應該是說"電量比較大"的意思,再買行動電源或手機的時候,都會看說電量有多少? 比方說現在比較常見的是10000mAh或大顆一點的20000mAh,電池電量的單位會用
    mAh 毫安培小時
這可能在寫文稿的時候看到安培(A)這個電流單位就開槍但忘記了不能跟小時分開,正常的解釋應該是電池在10000毫安培 輸出下可以放電多一小時會電量耗盡,或會寫成Wh瓦特小時。
小米10000行動電源規格書

        在購買電池的時候包裝上的文宣都說自己很厲害,10倍、6倍隨便它喊的,但包裝上面很少跟行動電源一樣量化電池的電量。


        但這個可以上網查規格書[1][2],比方說永備鹼性電磁與勁量鹼性電池的規格書其實都會針對不同耗電流場景下測試,我們以25mA 這個條件下來比較
Eveready 1215碳鋅電池為1100 mAh /0.8V  = 0.88Wh
ENERGIZER E91 鹼性電池 3000mAh/0.8V = 2.4Wh
以這個條件下鹼性電池大概是EVEREADY碳鋅電池 2.7/0.88 = 2.7倍的電量,但這個比較在不同場景下會不太一樣。



再來計算一下CP值
勁量鹼性電池PCHOME的平均售價約13.5 NTD,永備碳鋅電池為10.3 NTD,我們計算一下每Wh所需花費的價格

勁量 13.5/2.4 =5.6  NTD/Wh 
永備10.3/0.88=11.7 NTD/Wh

        這樣算一算其實買鹼性電池是比較划算的,回到為什麼用鹼性電池可能對電子產品比較容易造成損壞的說法,這可能是來自以前的電池容易儲存時間過久造成外殼變薄漏液的問題,這會腐蝕設備造成損壞,尤其是鹼性電池因為"電量"更久,會很久才沒電所以漏液的風險提升,所以現在每一家電池技術其實都在強調降低漏液的問題,所以沒有鹼性電池 > 大電流 > 電子設備損壞這道理。
       


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參考文獻

[1]  EVEREADY SUPER HEAVY DUTY DATASHEET
https://data.energizer.com/pdfs/1215.pdf
[2] Energizer MAX DATASHEET
https://data.energizer.com/pdfs/e91.pdf
[3] The Unofficial MacGyver How-To Handbook 仙人掌電池

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