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摔電池也能知道電量

2015/05/07 | | 標籤:

或許你看過一部影片,內容敘述用摔的就能知道電池的電量,這是有可能的嗎?

三號鹼性電池是我們日常生活中最常見的電池種類,想知道電池還有沒有電、還剩多少電量,通常要藉由電子指示器等方式得知。現在,普林斯頓大學的的研究團隊指出, 恢復係數(the coefficient of restitution,簡稱COR,一種反彈的度量)與電池的不同電量有關,並可藉此判定其電量,其精確度竟然接近能量解析式X光繞射(energy-dispersive x-ray diffraction, EDXRD)反應所測得之電量。

當電池反彈的高度變化與電量消耗時所產生的物理的變化直接相關時,這種程度的準確性是有可能存在的。

鹼性電池是由凝膠狀的鋅作為陽極、二氧化錳作為陰極。當電池開始放電時,陽極的鋅開始氧化,於電解液中形成氫氧化鋅離子(Zn(OH)42-) 直到達飽和。這些離子接著在鋅粒子周圍沈澱成為氧化鋅,並在陽極創造出一個滲透網絡(percolation network);約剩五成電量時,原本凝膠態的鋅便會緻密化成具滲透性的固態狀氧化鋅。這些變化顯著地增加了電池的反彈高度,且此反彈高度的增加速率與氧化鋅的形成直接相關 。

當固態狀的氧化鋅完全形成,也就是電池電量損耗到一半後,恢復係數將趨於穩定,且電池反彈的高度也會維持相同。

COR與電池電量之相關圖示

此研究的主持人,材料科學家Daniel Steingart博士表示,很開心能以一個如此簡單的測驗得知電量訊息 。他提到:「我們需要利用X光繞射分析(x-ray diffraction, XRD)來解釋為何電池的反彈是如此改變;不過,一旦我們確認了這個相關性,國中的物理課實驗便可以推論電池內的反應是如何、在哪裡發生的。」這個方法在其他的鹼性電池也適用,而金鼎電池-也就是他們實驗所使用的電池,亦證實了他們所設計的電池最高可以承受30公分的掉落。

俄亥俄大學一位顯微鏡和先進的檢測儀器專家Yuxuan Wang對於這項技術的便利性感到十分驚艷,認為這對現今的測量工具是一項偉大的助力。這項測量方式並不是要用來取代現有的電量檢測技術,而是作為一項輔助或補充,或許未來可以結合換能器與檢測系統,而在其中電池的特性可以在原地被檢測而不需要中斷電池系統的操作。

下次,當你不確定電池到底有沒有電時,不妨試試這個具科學實證並且便宜簡便測試的方法:摔電池。

資料來源:

  1. Bounce denotes battery health. [Royal Society of Chemistry, 31 March 2015]
  2. Bhadra, S., Hertzberg, B. J., Hsieh, A. G., Croft, M., Gallaway, J. W., Van Tassell, B. J., … & Steingart, D. A. (2015). The relationship between coefficient of restitution and state of charge of zinc alkaline primary LR6 batteries. Journal of Materials Chemistry A.

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關於作者

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