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摔電池也能知道電量

動眼神經
・2015/05/07 ・984字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

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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動眼神經
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曾經的泛科實習生S編,現在的動眼神經。 大叔魂少女心,說走就走的效率姐。喜歡接觸新事物,有一點資訊焦慮症;喜歡把想法化為文字,相信文字的力量能夠讓世界變得更美好。

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全球趨勢下,台灣電動車的在地之路
創新科技專案 X 解密科技寶藏_96
・2014/01/12 ・1609字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

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14_電動車輛系統模組與關鍵技術開發報導/張昱傑

美國TESLA電動車公司跌破眾人眼鏡的大成功,占據了各大媒體版面,使得世人重新開始相信電動車的未來,也開始反思,在科技業發達的台灣,是不是也有可能創造出如同特斯拉一般的成功?工研院的「電動車輛系統模組與關鍵技術開發」計畫指出了一個新方向-台灣的電動車該走出自己的路。

電動車,從來不是新科技,早在二十世紀初就曾試圖與剛起步的汽油車爭霸,電動車輛開發計畫在工研院機械所中也一直是個龐大且重要的計畫。然而,為什麼電動車卻從未在台灣成為主流呢?不如問問看你對電動車的印象是什麼呢?跑不遠?沒地方充電?沒力?其實這一切來自來幾個問題:第一是里程數恐懼,第二便是設計思維的錯誤。

你知道台灣人,一天開車走多遠嗎?一百公里?二百公里?其實台灣人每日平均的里程數,只有30公里,一般市面上的全電動車,都有將近100公里以上的續航力,我們卻仍然無法放心,加上充電時間長與充電站稀少這二個現象,不只在台灣,使全世界都因此出現了里程恐懼現象。然而這樣的擔心,多少是來自多慮呢?再來就是工程師在設計思維上,為了省錢,使用了小一級的馬達,造成了電動車沒力的印象,而且並沒考慮里程恐懼,使用了較少的電池為車輛減重,也使得續航力問題,仍為人詬病,這便是電動車所面臨的困境。其實真正的電動車,不只擁有更好的操控與扭力,在能源效率上更是高人一等,而且比起波動的汽油價格,電價十分穩定而便宜……,但這些優點,卻都被埋沒。

TESLA成功的原因,便是直接打破以上成見,直接用大容量的電池賦予超強的續航力,用高價位實現對電動車的需求,雖然一鳴驚人,但這卻不會是台灣的成功方程式。台灣的私人汽車數量,只占全球的0.5%,在數量與規模上,不可能實現這種高單價的跑車生產路線,台灣應該走出自己的路!工研院在電動車風潮中,看到的台灣機會,其實在於零組件:工研院的電動車計畫的重點,便是在開發關鍵零組件:馬達、電控設備,並結合工研院研發的STOBA高安全鋰電池,結合上台灣一直以來在生產能力、彈性、品質上在亞洲的領先的地位,因為台灣沒辦法如同大國,有廣大的消費市場支持電動車,但台灣可以放眼世界,電機、電控、電池,台灣都有領導品牌,為轉型帶來基礎,加上台灣電子業的發達,生產出口控制元件與重要零組件,將帶來的附加價值,更是無可限量。

放眼世界後,工研院回到本土的課題,台灣需要的是什麼樣的電動車呢?其實一直以來,台灣在電動機車、電動代步車、電動輪椅上,有著世界前幾名的領導地位,其實從這個現象,台灣電動車未來也可見一斑。工研院電動車計畫,著眼在商用車:公車、貨車、工廠運輸車、宅配用車之上,以商用車路線固定的特性使得充電可以定時定點,個人面則不和汽車業搶市,發展輕型個人代步車,配合台灣行駛距離偏短的特性,現在上下班,一個人坐在空洞的四人座轎車塞在車潮中,或是騎著機車,穿梭在車陣裡險象環生,成了都市民眾的無奈,工研院認為台灣民眾想要的,是一種都市移動新模式:都市電動車,以小型、足夠的續航力來彌補汽機車間的差異,同時,也將讓台灣的都市不再擁擠。

工研院電動車輛系統模組與關鍵技術開發計畫,將繼續著手在電池效率提升、充電站普及與充電規格統一,發現更多商用車與輕型個人車的可能性,為台灣電動車的未來勾勒出無限可能性。

台灣的電動車未來會是什麼樣子?靠著出口關鍵零組件,開始在電動車市場中占有一席之地,來到了都市,公車、貨車,不再噴出濃濃的廢氣,上班的路上,小型電動車讓道路更寬敞、更安全,台灣更成為東亞電動車城市的典範,這可能就是台灣的電動車大未來!

讓我們一同期許台灣電動車的可能性,不必非得變成TESLA,台灣也可以找到自己的路!

技術專頁:電動車關鍵術 研發顯神通

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