电子没有简单事：带你深入了解电池技术

　　本文作者是具备30年以上经验的电子工程师，对许多技术领域都有涉猎，包括数位、类比、电源、通讯、微控制器…等等。因为他在电池技术方面有些研究，于是写了一系列的专栏，为读者介绍各种电池种类、相关技术、专业术语、规格以及使用环境。

　　接下来的文章，作者将详细介绍各种类型的电池，并了解如何针对特定应用选择适合的电池技术。电池是在1800年由义大利物理学家Alessandro Volta 所发明，如果Volta还在，应该会对目前他的发明如此无所不在（而且多样化）而感到惊叹。

　　但其实在某些应用中，选择使用电容器或许比电池更适合。很惊讶吗？也许在它们强调具备稳定、高浪涌能力供电时，你可能考虑过采用电容器；有时候涉及极轻负载，也有可能忽略常规的电源应用，而考虑采用超级电容。当我们进一步讨论到电池的专业术语以及技术，希望能进一步厘清电容器与电池该如何抉择。

　　而要针对一项特殊应用来选择电池技术，要考量的因素有很多；除了相对尺寸、重量与成本（有便宜的、也有贵的，还有你根本负担不起的！）。在接下来的系列文章中，笔者计划将涵盖的两大重点包括：

　　1. 使用与储存环境：这方面将探讨的包括温度、大气压力、海拔高度、机械应力、振动、安装位置、辐射硬化（radiation hardening）、腐蚀侵袭、包装/形状、储存与保存期限、产生的废弃物/气体、所需耗材、安全性、材料、RoHS规范…等等。

　　2. 应用：类型（包括主要、次要以及智慧型）、技术、化学品、效率与耗损、充放电周期与速度、放电深度、使用寿命、记忆效应、充电技术、电容/电池混合技术、容量、密度（能量与重量）、保护电路、量测与计量（gas gauge）、品质、可靠度、充电与运作时间。

　　自从Volta发明第一代电池，多年来电池已经演变出许多种类，包括以下这些技术：铅酸（PbX）、镍镉（NiCd）、镍氢（NiMH）、镍锌（NiZn）、氧化锌（ZnO）、锌碳（Zinc-carbon）、氯化锌（ZnCl2）、锌二氧化锰（ZnMnO2，即硷性电池）。

　　还有一系列的锂电池：锂-二硫化铁（LiFeS2）、锂-二氧化锰（LiMnO2）、亚硫醯氯锂（LiSOCl2）、氟化碳锂聚合物（LiCFX）、锂二氧化硫（LiSO2）、锂碘（LiI2）、锂氯化铝（LiAlCl4）、锂钴氧化物（LiCoO2 ，LCO）、磷酸铁锂（LiFePO4，LFP）、锂锰氧化物（LiMn2O4，LMO）、锂镍锰钴氧化物（LiNiMnCoO2 ，NMC）、锂镍钴铝氧化物（iNiCoAlO2，NCA）、钛酸锂（Li4Ti5O12，LTO）。

　　此外还有氧化银（Ag2O）、银锌（AgZn）、硫化钠（Na2S4），以及核子或原子电池。

　　何谓电池？

　　以传统的观点来看，电池是一种内含化学反应物质并藉此产生电力的装置，但这种定义随着时间演进已经开始模糊；这会是一个有趣的话题，也许我们能在这一系列文章的最后，再来好好讨论一番。

　　诀窍1.：开始选择电池

　　笔者选择电池都是先看应用环境，通常我们能将技术选择范围根据环境上的限制来缩减；举例来说，当电池运作环境温度达到325°C，就可以不用浪费时间去找锂电池，在那样的环境之下，标准锂电池无法涉足但钠硫（sodium-sulfur）电池则能生存。另一个例子是需要周期性加水的旧式（非胶状）铅酸电池，这种电池自然无法在完全密封的环境中使用。

　　诀窍2.：能量与功率的差异

　　能量（Energy）与功率（Power）这两者常会让人混淆，需要特别注意的是，电池可储存的是潜在的能量，当负载电流时，那些潜在能量才会被转换为电功率，在几伏特电压（V）之下可达到几安培电流（A），然后计算出是几瓦功率（W=V×A）。可传递到负载的总能量，是瞬时电压乘以瞬时电流，也就是v（t） x a（t），以时间来求积分──因为能量的单位是焦耳（joule，J），即功率乘以时间秒数。

　　规格与专业术语

　　我们似乎总希望找个拥有最大的「冲击力（wallop）」的电池，但能接受的价位是多少？需要多大的尺寸与重量？显然我们总是会做一些折衷，因此我们需要知道制造商是如何详列所有这些技术规格；在未来的文章中也会再更详细提到这些，以下我们先介绍几个相关术语与规格。

　　˙一次与二次电池（primary / secondary batteries）：所谓的一次电池就是那些能在组装之后立即产生电压、马上应用的产品，但大多数无法充电；二次电池则能在组装、第一次使用之后进行充电，而且通常是可以重复充电。

　　˙智慧型电池（smart type）：这种类型的电池包含用以监测电池、并将电池装态与外部应用装置通讯的元件或电路，通常该监测电路所提供的资讯包括充电状态、温度或环境资讯、电池健康状态、使用年限、产品序号/型号…等等；有部分电路则是负责电源管理