power-sonic蓄电池原电池的优势
2026-04-22 15:22:43 点击： 次
原电池，也被称为不可充电电池，往往被媒体对二次电池或可充电电池的关注所掩盖。过度关注一种产品而忽视另一种，可能会让人们误以为原电池是即将被淘汰的旧技术。并非如此。 原电池发挥着重要作用，尤其是在充电不切实际或不可能的情况下，例如军事作战、救援任务和森林消防服务。根据IEC 60086标准规范，原电池还应用于心脏病患者的心脏起搏器、车辆轮胎压力传感器、智能电表、挖矿用智能钻头、动物追踪、远程灯塔，以及手表、遥控器、电子钥匙和儿童玩具。 大多数植入式起搏器电池为锂基电池，仅消耗10–20微安（µA）的电流，使用寿命可达5–10年。许多助听器电池也是一次性电池，容量在70–600毫安时之间，可持续使用5–14天，之后需要更换。可充电版本的容量较低，续航时间约为20小时。节省成本是其主要优势。 高比能量、长储存时间和即时可用性使一次性电池与其他电源相比具有独特优势。它们可以携带到偏远地区并立即使用，即使经过长期储存；此外，它们也易于获取，且在废弃时对环境友好。 最流行的原电池是碱性电池。它具有高比能量，经济实惠，环保且即使完全放电也不会漏液。碱性电池可储存长达10年，安全记录良好，且不受联合国运输和其他法规限制，可随身携带登机。缺点是负载电流低，限制了其仅适用于遥控器、手电筒和便携式娱乐设备等轻负载。 向更高容量和更好性能的转变导致了锂金属电池的出现。这些电池具有非常严格的空运指南，并受涉及第9类危险品的危险品法规约束。（参见BU-704a：空运锂基电池) 图1比较了铅酸、镍氢和锂离子作为二次电池，以及碱性和锂金属作为一次电池的比能量。 图1：二次电池与一次电池的比能量对比。 比能量仅表示电池的容量，不包含功率输出，这是大多数一次电池的弱点。一次电池制造商通常会公布比能量，但很少公布比功率。虽然大多数二次电池的额定放电电流为1C，但消费级一次电池的容量是通过25mA的极低电流来测量的。此外，电池允许从碱性电池的标称1.5V放电至0.8V才被视为完全放电。这在纸面上看起来令人印象深刻，但当施加需要更高电流的负载时，结果就不那么令人满意了。 图2 比较了原电池和二次电池的“额定”与“实际”性能。额定值是指在极低电流下放电时的比能量；实际值则是在1C倍率下放电，这是大多数二次电池的额定方式。该图清楚地表明，原电池碱性电池在娱乐设备常见的轻负载下表现良好，而铅酸、镍氢和锂离子等二次电池虽然额定容量（额定值）较低，但在1C倍率放电（实际值）时表现更优。discharges at 1C, the way most secondary batteries are rated. The figure clearly demonstrates that the primary alkaline performs well with light load typical to entertainment devices, while the secondary batteries represented by lead acid, NiMH and Li-ion have a lower rated capacity (Rated) but are better when being loaded with a 1C discharge (Actual). 图2：负载下的能量对比。 负载条件下性能低下的原因之一是原电池的高内阻，这会导致电压骤降。电阻决定了电流通过材料或设备的难易程度，单位为欧姆（Ω）。随着电池在放电过程中耗尽，本已升高的电阻会进一步增加。使用原电池的数码相机属于临界情况——碱性电池供电的电动工具是不切实际的。数码相机中耗尽的碱性电池通常仍能为厨房时钟供电两年。 表3展示了标准碱性电池在运行典型个人娱乐设备或小型手电筒时的容量。 表3：碱性电池规格。 AA和AAA是原电池最常见的电池型号。AA电池因常用于手电筒而被称为“手电筒电池”，于1915年向公众发售，并在第一次世界大战期间被用作间谍工具；美国国家标准协会于1947年对其型号进行了标准化。AAA电池于1954年开发，旨在缩小柯达和宝丽来相机的尺寸，并使其他便携式设备体积更小。20世纪90年代，9V电池的一个衍生型号生产出了AAAA电池，用于激光笔、LED手电筒、电脑触控笔和耳机放大器。（9V电池由六个AAAA电池串联而成。） 表4比较常见的一次电池。(参见BU-301：新旧电池封装一览) 表4：AA和AAA规格电池的概述 AA电池的容量大约是较小的AAA电池的两倍，但价格相近。这使得AAA电池的单位能量成本是AA电池的两倍。在偏好选择中，单位能量成本通常排在小型化之后。自行车灯就是一个例子，使用AA电池只会略微增加灯的体积，但能以相同的价格提供两倍的续航时间。 为了降低成本，城市往往会集中采购，这包括大量采购碱性电池。像加拿大温哥华这样拥有约60万人口的城市，会为全年龄用途采购大约33,000节AA电池、16,000节AAA电池、4,500节C型电池和5,600节D型碱性电池。 碱性AA电池的零售价格和性能各不相同。美国工程公司Exponent Inc.对八款知名品牌碱性AA电池的容量进行了测试，发现表现最好的电池与表现最差的电池之间存在800%的差距。测试标准是通过计算数码相机在电池耗尽前的拍摄次数，该测试综合考量了电池的容量和负载能力。 图5展示了使用碱性、镍氢和锂铁硫化物（Li-FeS2）AA电池，在1.3W放电脉冲下数码相机的拍摄次数。（两节电池串联电压为3V时，1.3W的功率对应433mA的电流。）明显的赢家是锂铁硫化物（锂AA电池），共拍摄690次；其次是镍氢电池，拍摄520次；而标准碱性电池排名第三，仅拍摄85次。拍摄次数主要由内阻而非容量决定。（参见BU-801a：如何评估电池续航时间) 图5：数码相机使用碱性电池、镍氢电池和锂电池可拍摄的照片数量。 电池容量与电流输出之间的关系最好通过拉贡图来说明。该图以大卫·V·拉贡的名字命名，拉贡图用于评估储能设备的和功率。安时（Ah）表示电池的可用存储容量，决定了续航时间；瓦特（W）则决定了读档电流。 图6展示了数码相机1.3W负载（由红色箭头和虚线指示）下的拉贡图，使用锂电池（Li-FeS2）、镍氢电池和碱性电池。横轴表示能量（Wh），纵轴表示功率（瓦）。采用对数刻度以涵盖广泛的电池尺寸。 图6：拉贡图展示了电池在不同负载条件下的性能。 数码相机根据ANSI C18.1标准，以1.3W脉冲加载镍氢电池、Li-FeS2电池和碱性电池（虚线）。结果如下： 能量 = 容量 × V 电池化学性能的变化取决于拉贡线的位置。NiMH 提供最高的功率，在高负载下表现良好，但其比能量最低。锂 Li-FeS2 具有最高的比能量，能满足中等负载条件，而碱性电池为低电流消耗提供了经济的解决方案。
二次电池通常以1C的放电率进行标定；而碱性电池则使用低得多的放电电流。图片来源：Cadex
“额定”指轻微放电；“实际”指1C放电。高内阻限制了碱性电池只能用于轻负载。资料来源：Cadex
放电特性类似于低负载的娱乐设备。[1]
注：电阻也可以用西门子（s）作为单位，它等于欧姆的倒数。
Li-FeS2、NiMH 和碱性电池的容量相近；内阻决定了数码相机的拍摄张数。
Li-FeS2，3Ah，690 次脉冲；NiMH，2.5Ah，520 次脉冲；碱性电池，3Ah，85 次脉冲。测试：ANSI C18.1[2]
功率 = 电流 × V
来源：奎因·霍恩，指数公司