電子沒有簡單事：帶你深入了解電池技術

　　本文作者是具備30年以上經驗的電子工程師，對許多技術領域都有涉獵，包括數位、類比、電源、通訊、微控制器…等等。因為他在電池技術方面有些研究，于是寫了一系列的專欄，為讀者介紹各種電池種類、相關技術、專業術語、規格以及使用環境。

　　接下來的文章，作者將詳細介紹各種類型的電池，并了解如何針對特定應用選擇適合的電池技術。電池是在1800年由義大利物理學家Alessandro Volta 所發明，如果Volta還在，應該會對目前他的發明如此無所不在（而且多樣化）而感到驚嘆。

　　但其實在某些應用中，選擇使用電容器或許比電池更適合。很驚訝嗎？也許在它們強調具備穩定、高浪涌能力供電時，你可能考慮過采用電容器；有時候涉及極輕負載，也有可能忽略常規的電源應用，而考慮采用超級電容。當我們進一步討論到電池的專業術語以及技術，希望能進一步厘清電容器與電池該如何抉擇。

　　而要針對一項特殊應用來選擇電池技術，要考量的因素有很多；除了相對尺寸、重量與成本（有便宜的、也有貴的，還有你根本負擔不起的！）。在接下來的系列文章中，筆者計劃將涵蓋的兩大重點包括：

　　1. 使用與儲存環境：這方面將探討的包括溫度、大氣壓力、海拔高度、機械應力、振動、安裝位置、輻射硬化（radiation hardening）、腐蝕侵襲、包裝/形狀、儲存與保存期限、產生的廢棄物/氣體、所需耗材、安全性、材料、RoHS規范…等等。

　　2. 應用：類型（包括主要、次要以及智慧型）、技術、化學品、效率與耗損、充放電周期與速度、放電深度、使用壽命、記憶效應、充電技術、電容/電池混合技術、容量、密度（能量與重量）、保護電路、量測與計量（gas gauge）、品質、可靠度、充電與運作時間。

　　自從Volta發明第一代電池，多年來電池已經演變出許多種類，包括以下這些技術：鉛酸（PbX）、鎳鎘（NiCd）、鎳氫（NiMH）、鎳鋅（NiZn）、氧化鋅（ZnO）、鋅碳（Zinc-carbon）、氯化鋅（ZnCl2）、鋅二氧化錳（ZnMnO2，即鹼性電池）。

　　還有一系列的鋰電池：鋰-二硫化鐵（LiFeS2）、鋰-二氧化錳（LiMnO2）、亞硫醯氯鋰（LiSOCl2）、氟化碳鋰聚合物（LiCFX）、鋰二氧化硫（LiSO2）、鋰碘（LiI2）、鋰氯化鋁（LiAlCl4）、鋰鈷氧化物（LiCoO2 ，LCO）、磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）、鋰錳氧化物（LiMn2O4，LMO）、鋰鎳錳鈷氧化物（LiNiMnCoO2 ，NMC）、鋰鎳鈷鋁氧化物（iNiCoAlO2，NCA）、鈦酸鋰（Li4Ti5O12，LTO）。

　　此外還有氧化銀（Ag2O）、銀鋅（AgZn）、硫化鈉（Na2S4），以及核子或原子電池。

　　何謂電池？

　　以傳統的觀點來看，電池是一種內含化學反應物質并藉此產生電力的裝置，但這種定義隨著時間演進已經開始模糊；這會是一個有趣的話題，也許我們能在這一系列文章的最后，再來好好討論一番。

　　訣竅1.：開始選擇電池

　　筆者選擇電池都是先看應用環境，通常我們能將技術選擇范圍根據環境上的限制來縮減；舉例來說，當電池運作環境溫度達到325°C，就可以不用浪費時間去找鋰電池，在那樣的環境之下，標準鋰電池無法涉足但鈉硫（sodium-sulfur）電池則能生存。另一個例子是需要周期性加水的舊式（非膠狀）鉛酸電池，這種電池自然無法在完全密封的環境中使用。

　　訣竅2.：能量與功率的差異

　　能量（Energy）與功率（Power）這兩者常會讓人混淆，需要特別注意的是，電池可儲存的是潛在的能量，當負載電流時，那些潛在能量才會被轉換為電功率，在幾伏特電壓（V）之下可達到幾安培電流（A），然后計算出是幾瓦功率（W=V×A）。可傳遞到負載的總能量，是瞬時電壓乘以瞬時電流，也就是v（t） x a（t），以時間來求積分──因為能量的單位是焦耳（joule，J），即功率乘以時間秒數。

　　規格與專業術語

　　我們似乎總希望找個擁有最大的「沖擊力（wallop）」的電池，但能接受的價位是多少？需要多大的尺寸與重量？顯然我們總是會做一些折衷，因此我們需要知道制造商是如何詳列所有這些技術規格；在未來的文章中也會再更詳細提到這些，以下我們先介紹幾個相關術語與規格。

　　˙一次與二次電池（primary / secondary batteries）：所謂的一次電池就是那些能在組裝之后立即產生電壓、馬上應用的產品，但大多數無法充電；二次電池則能在組裝、第一次使用之后進行充電，而且通常是可以重復充電。

　　˙智慧型電池（smart type）：這種類型的電池包含用以監測電池、并將電池裝態與外部應用裝置通訊的元件或電路，通常該監測電路所提供的資訊包括充電狀態、溫度或環境資訊、電池健康狀態、使用年限、產品序號/型號…等等；有部分電路則是負責電源管理