【電池篇-碳鋅/鹼性】淺談電池基本選用概念與漏液問題

Written by OSCAR on 20 6 月, 2019


碳鋅與鹼性電池是生活上最常使用的電池,早期多使用碳鋅(乾)電池,後由於鹼性電池(大電流、長時間)的優點而廣泛的使用於許多產品上,但卻延伸出不少「漏液鏽蝕」問題事件,使得許多小電流應用的電子產品又回歸於「碳鋅電池」…它似乎變成了較穩定可靠的電池。

至於「漏液」問題其實個人客觀的認為這是一門錯綜複雜的學問,因為它並非完全是電池本身的問題,有些確實電池本身生產用料等不佳,但也有使用、應用、選用上的問題,也有產品搭配性(接觸結構)、保存上、以及使用者自己的問題。

 

【電池選用】
1. 首先我們必須先了解電子產品本身的吃電(耗電/用電狀況);如:鐘錶、遙控器、計算機之類屬於耗電流極小/使用時間長。如:電動牙刷、無線滑鼠鍵盤、遙控電玩類、儀表等屬於高耗電與長時間使用。如:手電筒照明器材、數位量錶儀器屬於「高耗電」使用期間不一定(有可能短期也有可能長期使用)…這就要靠使用者的判斷來決定如何選用與使用電池。即「耗電狀況」、「使用頻率」、「使用期長短」是選用的首要考量因素。


如上圖 : 屬低耗電類(長時間)就選擇碳鋅(乾)電池;屬右邊高耗電(短時間)就選擇鹼性電池,若要選用鹼性電池用於低耗電產品也不是不行,建議最好沒用就取下(暫時性的使用為宜)、不要長期閒置(靜置)未用,使用閒置時間若超過數月 ~ 半年要記得取換下,電池不要一直閒置在裝置中(即便還有電、沒有漏液),因為你不知何時會開始出現「漏液」,像無線滑鼠或電動牙刷若是 3-4 個月就要換顆鹼性電池,正常下就不需刻意理會注意太多,這是常用消耗品,因為當沒電時自然就不能用了,你就會去更換它。


▲[GP的應用建議]

▲[勁量的選用建議]

記得 : 鹼性電池放越久若未取下,它的漏液風險性就越高;像冷氣機遙控器若是使用鹼性電池,夏天常用也放了很久,結果不小心就過了一個冬天…. 忘了取下….. 等夏天要開冷氣時你就發現沒電 ! 打開電池蓋就看到漏液了…

注意:以上的”選用建議” 是指比較「適宜」的使用參考,並非絕對的「可以或不可以」 ! 重點是可以用「便宜」的碳鋅(乾 )電池使用很久…就沒必要用「貴」的鹼性 /充電電池阿 !

 


【電池的使用與漏液關係】

這是一般者最關切與最具討論性的問題 ~~~ 我們在生活上、使用上幾乎每個人都常見電池漏液,即便是新品未拆用也會漏液,個人也深思研究許久其發生原因,看了網路許多文章也不盡然有道理,很多說法並非真正造成原因。

而我們生活中在常看到的就是例如 : 遙控器與3C產品 /生活家電等的 3、4號電池不良 … 且最常見為兩狀況:
1. 電池漏液銹蝕。
2. 彈簧(金屬)接觸面鏽蝕、銅綠氧化與結晶 (藍色)。

首先個人比較不能理解的是說詞是 : 有什麼理論依據….誰規定遙控器、時鐘不能使用鹼性電池 ? 但我們卻常在新聞看到… 不能使用鹼性電池? 因為電流過大、電壓過高容易燒壞 ? 時鐘 /遙控器燒壞與漏液狀況跟鹼性電池有何直接影響 ?

對於專業電子的人來說實在不解,簡單說:一個「電源」除了”自放電(Self discharger) “特性外,它供給輸出的電流大小是取決於「產品負載耗電」的大小,無論時鐘也好遙控器也好,當它被設計製造出的時候就已決定負載(耗電流) 的大小,電源(電池)只是「被動供給」的角色,並不會自己「多給」更多的電流… 這是很基本的歐姆定律與常識。所以我們常在新聞看到,什麼因為鹼性電池能供給較大的電流 … 所以 “容易燒壞” 產品 ? 這是什麼道理 ? 若此”論調”成立,那用「鋰類」電池(它能供應更大的電流)是不是更容易把更多的電子產品燒壞呢 ? 汽機車換裝更大的電瓶會把汽機車的電子器材燒壞嗎 ? 這不是很扯的邏輯 ! 包含還有誤傳電壓過高容易燒壞(更扯的謠言) …例如 : 標規1.5V實測1.65V就是屬電壓過高 ! 易燒壞電子產品…..,真的有此狀況也是產品設計問題,哪個RD會設計出一種在合理的”正常電壓”下就會燒壞自己的產品 ?  且若將電池設計製造出這類可自己「升壓特性」又能「源源不汲」的供應電流 … 這可以去申請專利賺死人了 ! 因此正常下電池不會在使用中自動升壓,也不該不會出現燒壞產的狀況。

我們可以說鹼性電池比較「不建議使用」,是因為市面上很多陸製鹼性電池”品質不好或不穩定”,因為外殼封裝或過放電特性、自我保護問題會比「碳鋅電池」容易產生「漏液」,或因為電池接觸不好而或產生過放電等等,但跟「鹼性」電池是無關的,一個品質好的鹼性電池(不容易主動產生漏液)與適當的使用它,它當然適用於遙控器、時鐘等產品上,只是應用在長期性 / 低耗電的產品上,來選用碳鋅電池(便宜)會比較划算啦 !

所以各位可以去看看各大電池原廠都沒有人會說 : 鹼性電池「不能用於時鐘」? 一般只會 “建議 ” 電池對於耗電需求上的 “適用/應用性” 。


針對漏液幾種可能原因做探討:

1.材料/結構/製造問題

很簡單的設計與邏輯:無論哪款電池就是設計100%全密封式(除了防爆安全閥設計外),舉例一般最常發生漏液的鹼性電池,基本上是全密封的外殼封裝,正常使用保存下它就不該洩漏液體,除非是有「過放電」因避免爆炸而產生的洩露。因為鹼性電池過放電時會使電池內部迅速產生氫氣,內部溫度壓力上升,這個內壓會導致電解液由負極安全洩壓閥(孔)排出(破壞式防護),也當然在洩氣洩壓的同時也會導致電解液外洩,這目前就是沒有兩全齊美的設計。若是沒有洩壓閥(孔),它可能會由密合結構(絕緣)最薄弱的縫隙慢慢滲出,或者侵蝕罐身,或罐身爆裂開(這是很危險的)。


鹼性電池結構參考


以鋰電池為例 : 同樣狀況時,它的安全閥會頂開安全線路斷路,並導致0V無電壓輸出。

因此鹼性電池的結構設計上,也可以說是為了安全性,都會有「洩漏」裝置,否則若氣體與內壓迅速上升而無法釋放時,這顆電池等於是一顆小炸彈 ! 個人就曾經目睹兩次鹼性電池因為過放(沒電)靜置狀態下,突然電池本體罐身炸開(當然已經沒有電解液),這實為嚇人。一般使用者可能都不知道鹼性電池就是被設計成會洩漏的(漏液)。當然材料製程與正常使用下,它的化學反應其實是安全的,並不會漏液與爆炸的危險,問題常常大家就是會遇到漏液鏽蝕的狀況,多數人就會直指是電池問題(確實有一部分來自材料、製程因素)。


[左圖] 這是金X牌陸製鹼性電池,它的負極絕緣墊片竟然是貼合式的? 撥開即可將集電棒抽出…有點訝異…這不容易漏液才怪(或許是洩漏筏設計吧)!
[右圖] 某G牌陸製鹼性電池:過放電後的靜置,導致電解液隨著氫氣而一同由洩壓閥(孔)滲流,所導致的漏液鏽蝕。

另外就是本身材料不佳或製程封裝不好的電池,這個材料與製造的問題分析相當複雜,我們可以參考以下松下電池的資訊:
http://www.panasonicbattery.com.tw/primary_batteries/technologies/index.html
http://www.maxell.com.tw/battery/lr6_03/
http://www.panasonicbattery.com.tw/primary_batteries/whats/index.html

以下原廠資訊可了解,製程因素不談外,在材質與設計製作技術上是可以預防一些可能因素的造成,就如接觸不良性的問題(以下會另舉例提到)也是外部阻抗性造成的電池過放與鏽蝕現象。當然每家內部結構設計不同就略有所異,這參考資訊主要是可以了解業界各牌電池可能存在或潛在的一些問題與通病。



密封膠在碳鋅電池頗為常用,如上圖粉紅膠狀即是密封膠,這有個值得注意的問題 : 當電池高溫長期儲存下,密封膠的流動性增大,加上擺放位置(如: 傾倒)易導致密封膠溢流滲出 … 容易被誤認為”漏液”,且密封性變差也會造成電池品質問題。


另外,近年來許多電池金屬彈片因業者成本問題多採購使用劣質彈片,例如:不銹鐵鍍鎳、劣質銅底材、電鍍品質差或太薄的彈片,這些劣質品與電池金屬彈片,除了阻抗性高外,金屬面接觸久了,易形成電鍍剝落、氧化、接觸不良、阻抗增大,相對的會使電池產生了阻抗過大(過放電)現象,尤其是台灣是多濕氣候更加甚劇,不僅容易沒電或漏液,也易因過放電流燒壞產品。如同前面所提的「內阻」過大造成電池壽命衰減老化,相對的這些外部阻抗性的增大也影響了電池放電壽命與效能。

許多的劣質導電接觸片,會因材質或電鍍製程品質不佳,經過使用的擠壓產生應力而造成電鍍表層剝落(也產生高阻抗與銹蝕),這些是一般人使用者比較沒注意也不好察覺的地方。所以當外部(電池彈片)所造成的過放電,與電池本身過放電都容易使「鹼性電池」產生漏液現象。

三重堅固塗層在負電極端子上配備鐵/鍍鎳合金層。改良鍍鎳的黏著性以防止連線故障。

 


 

另外各位有沒發現常見的電池漏液多存在於2顆以上的串併電池電路上?(機率較高) …  若有一顆電池質變(電壓過低 /內阻過高),更易造成迴路中的其它串 /併電池,使用/靜置過程產生”過放電”而容易產生漏液,當產品使用不太靈光時最好早早取下電池確認是否還有電,若電壓不足請緊早將二顆都更換新的。所以在所有的電池的使用概念上要恪守 : 二顆以上不要混不同廠牌、規格不同、新舊電池相混用,以確保電器產品與電池最佳的使用狀況。

 


電池保存方式:

個人曾大量團購 M日牌陸製鹼性電池,經十多人使用 /保存一段時間後發現,大家100%都有漏液現象,唯獨我個人從未有任何一顆於存放期間有漏液狀況(至少5年~放到過期),何原因 ? 很簡單就全年置放於「防潮箱」,這是大家值得思考嘗試的保存方式;個人研析:環境溼度溫度過高易造成電池加速過放 /自放電現象,以及電池外殼 /封裝受潮銹蝕導致破壞了密封性而漏液(當然電池本身品質也不是很好)。所以個人強烈建議未使用的新電池請務必存放於乾燥的防潮箱中(最好是在低溫20℃或常溫)。各位可去查各廠規格書可了解,在適當的儲存濕度以 20℃/<65%RH 為適宜… 請問台灣潮濕的海島型氣候一年是會有幾天都在<65%RH ? (難~~)也因此可以推論( 實際上也確實有此現象)很多電池代理商、經銷商與賣場商家(包含倉儲)對於長期溫溼度的保存多少會有無法確實管控的現象,而導致新品未拆即有發生漏液現象,包含消費者自己的儲存條件與環境也多少會影影響。

但即便長期置於防潮箱內,> 保存期限電池中還是有發現很多電壓過低(自放電)…這就沒辦法了 !

另外碳鋅電池比較不耐高溫,儲存/使用壽命也較短(如 : <3年),尤其高溫高濕下的壽命會較短。鹼性電池可存存放較久(約5年)。

 


個人推薦的品牌與替代使用:

  1. 電氣特性除外來看,目前看來市面上似乎 Panasonic 與 Toshiba 比較推薦,或者說「印尼廠」或「泰國廠」出的日/歐美系電池品質較佳,新加坡製造的ENGREIZER也可參考,它的電量持久性還不錯,雖市場上仍偶有漏液案例(但大多難界定離清儲存環境條件、過程的使用狀況),但至少跟某些大廠牌(金X)的災情相較比例算是少很多了;至於日系陸製品,經個人長期觀察銷售狀況,目前個人以Panasonic 與 Toshiba 或 ENGREIZER可列入推薦使用考量的廠牌。
  2. 選擇日本製造的電池(市售1、2號電池仍有少數是日本製造的),鎳氫系列電池就多是日本製造,即便許多日廠都以移往海外生產,仍有許多日製品在銷售,包含出口外外銷,所以就品質考量可能的話購買日本製(Made In Japan)也是可以的。
  3. 另外想避免降低可能的漏液災情,可考量換選用 eneloop、Fujitsu(日本製)鎳氫充電電池。(但成本較高)。
  4. 使用常見兩顆串連的AA(3號)電池可換用14500尺寸的 VARTA/SANYO CR(3.0V)或鋰鐵鐵鋰電池(3.2V),外串一顆AA假電池或佔位桶(即1顆取代2顆串聯電池);雖價格與品質較高但使用壽命可以很久。鋰電池因為工作電壓是3.6V(充飽電壓4.2V)電壓過高不建議,避免燒壞電子產品。


使 用 注 意:
● 在串/並聯使用時,不要混用電池(新舊、不同廠牌與型號)。當電池的電量不足時,要更換所有的電池(不要等到完全沒電)。
● 2顆(3.0V)或以上串接電池用途的電子產品,使用要特別注意;由於每顆電池特性不一,隨著耗電之後更趨於明顯,若其中一顆電池若沒電(0V)或過低又沒取出,長時間後會產生「逆充電」與不平衡,在秏電過程的迴路中,也就是還有電的電池會對另一顆沒電的電池進行「充電」,且原本該電池的正/負極性電位會反向,嚴重時就會造成漏液。
● 不要對不可充電型電池進行充電。對不可充電池進行充電時,會產生氫,電池本體有可能會引起爆炸。
● 要注意電池的極性,如果有一節電池的極性裝反了,就會減少整串電池的電壓,而不是增加電壓。
● 電子產品若長期未使用建議最好將電池取下(尤其是鹼性電池),以避免漏液。
● 未使用的新電池建議置放於防潮箱保存,以延長壽命。

以下為Panasonic對於電池的使用等相關問題Q&A, 看完後會比較清楚

https://www.panasonic.com/global/energy/products/battery/dry_batteries_faq.html#rb_malfunction

 

 


Part 1【電池篇-碳鋅/鹼性】淺談電池基本選用概念與漏液問題

Part 2【電池篇-碳鋅/鹼性】規格特性與品質

 


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