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善用你的鎳鎘電池

No.19   1994 July   p60~63,   by 林茂榮 / BV5OC 彰化郵政 575 號信箱



    鎳鎘電池若以「無所不在」來形容,一點也不算過份。但是最近環保意識高漲,含有重金屬「鎘」的鎳鎘電池,許多國家已經宣佈從今年起停止生產,代之以鎳氫電池。但是使用中及庫存的鎳鎘電池,總量依然可觀,加上鎳氫電池的特性與鎳鎘電池有許多神似之處,所以下面仍然以描述鎳鎘電池為主。

    先以鎳鎘電池的普通特性為前題,繼之以問答的方式,來釐清有關鎳鎘電池的一些芝麻綠豆小問題,最後以使用鎳鎘電池必備的小常識收尾,願這些內容,能讓你在使用鎳鎘電池碰到問題時,可以得心應手,應付自如。


鎳鎘電池的構造

    圖 1 是鎳鎘電池的構造。外殼是鎘陰極,陽極由鎳氧化物構成。電池內含有氫氧化鉀的鹼性電解液。充、放電時的化學反應式如下所示。

Fig 1 鎳鎘電池放電時的化學反應式:

陰極:Cd + 2OH- → Cd(OH)2 + 2e-
陽極:2NiOOH +2H2O+ e- → 2Ni(OH)2 + 2OH-
電池全反應:2NiOOH + Cd + 2H2O → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2

鎳鎘電池充電時的化學反應式:

陰極:Cd + 2OH- ← Cd(OH)2 + 2e-
陽極:2NiOOH+2H2O + e- ← 2Ni(OH)2 + 2OH-
電池全反應:2NiOOH + Cd + 2H2O ← 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2



PiC 1

鎳鎘電池的種類

    鎳鎘電池因電容量的大小,也分成不同尺寸粗細的單體,有些與傳統的乾電池類似,但是彼此的體積及電壓都不相容。為了各種不同的用途,更發展出不同的外型,比如隨身聽用的扁平單體,就是很好的例子。照片 1 是我身邊使用中蒐出的鎳鎘電池。

    為了充電時可以忍受更高溫度。鎳鎘電池可以分成 S、F、P 及 H 型,分別代表一般、快速、超快速、及可耐高溫的連續補充充電 (trickle charge)。常用的鎳鎘電池規格如表一:

表一
型別 用途 電 容 量 (mAh)
S 一般 180, 500, 1200, 1800, 2200, 4000, 7000
F 快速充電 250, 500, 600, 1300, 1800
P 極快速充電 250, 600
H 連續補充充電 1200, 2000, 2300, 4000



鎳鎘電池的充電時間

    一般鎳鎘電池的充電時間有個公式可以計算:

T = ( C x 1.5 ) / I CHARGE

    T (小時) 充電時間,C (mAh):電池電容量,I CHARGE (mA):充電電流。

    表二是不同型別的鎳鎘電池之正常充電電流、時間、及溫度。

表二
型別 用途 充電電流(mAh) 充電時間(小時) 充電溫度(攝氏)
S 一般 0.1 15 0 ~ 45
F 快速充電 0.3 5 10 ~ 45
P 極快速充電 1.0 ~ 1.4 1 ~ 1.5 10 ~ 45
H 連續補充充電 0.033 48 以上 0 ~ 45



Fig 2
Fig 3
Fig 4

鎳鎘電池的保管與使用

    鎳鎘電池會自然放電的,所以就算是充飽電的鎳鎘電池,放過一星期之後再拿來用,也會發覺電量流失不少。參看圖 2,是鎳鎘電池充滿電後的自然放電曲線。一般不常使用的鎳鎘電池,要使用的時候,應先在使用前幾天準備並充好電,待要使用前幾小時,再補充電一下。

鎳鎘電池的本質特性

    參看圖 3,是鎳鎘電池的充放電次數與電容量的關係曲線,如果以 80% 電容量為生命結束點,則鎳鎘電池有 600 次以上的充放電生命周期,若把保養上的疏忽也算在頭上,則鎳鎘電池最起碼也有 500 次的充放電周期。

鎳鎘電池電壓與放電曲線

    鎳鎘電池的公稱電壓是 1.2V,實際上,充飽的鎳鎘電池開路電壓約有 1.4V 以上,負載電壓也在 1.3V 以上。參看圖 4,如果不超過電容量 (mAh) 值放電,電壓達 1.2V 時,電量離耗罄已不遠,通常只有剩下約 10% 的電量。

鎳鎘電池使用問答

    最近才剛聽說有鎳氫電池面市,沒想到新買的手提攝錄機就是使用鎳氫電池,果然比鎳鎘電池更加小巧。

    基本上,鎳氫電池與鎳鎘電池在相同電容量下,前者可以輕約 4 到 5 倍左右,而且新的鎳氫電池宣稱已經沒有了鎳鎘電池的記憶效應 (我的有限經驗是,鎳氫電池除了單位電容量的重量比鎳鎘電池小外,其餘的保養方式應與鎳鎘電池相同)。

    但是鎳氫電池單位電容量的價格也居高不下,因此,短期內,很難與已經普遍使用的鎳鎘電池相匹敵。但是,如果能夠好好照料鎳鎘電池,它可以提供至少好幾年的壽命。我現在還使用著上頭標著 1980 年製造的鎳鎘電池,已經有超過十年的歷史。

    也因為這類充電池使用方便,現在服務的範圍又很廣;舉凡大哥大、遙控玩具、手電筒、刮鬍刀,及手提電腦等等,無不有鎳鎘電池的蹤跡。但我發現鎳鎘電池往往成為既愛又恨的對象,因為輕巧的大哥大若單靠乾電池供電,除了電話費的負擔外,恐怕連電源的費用也很可觀,幸好有可反覆充電的鎳鎘電池可用。但是也常在重要關頭,明明剛充飽電,才一上陣,卻告低電壓,難道這鎳鎘電池都沒充飽電?

    當然不是,這是使用鎳鎘電池卻不懂得保養的人,時常會面對的問題。也因為這樣,鎳鎘電池反而會給人留下不好的印象,而實際上,是因為使用者忽略了鎳鎘電池的保養,或者是不明白使用鎳鎘電池的常識。

    下面是一些有關鎳鎘電池的觀念,以問答的方式進行,相信它也可以釐清一些道聽途說,對鎳鎘電池的似是而非的印象。

對鎳鎘電池快速充電,會使電池容量快速日漸下降?
不會的。只要不超過快速充電所設定的安全關鍵點,例如溫度不要超過 50℃等,就大可放心。通常快速充電時,為了避免高溫而破壞電池內的電解液與隔離層,會以溫度來控制快速充電的停止點。

如果鎳鎘電池充滿電後,只放電部份電量就拿來再充電,會使電池的電容量,快速地日漸下降?
也不會。這恐怕與鎳鎘電池的記憶效應搞混了,事實上剛好相反,每次都是電量用罄後再充電的鎳鎘電池,反而比只部份放電就充電的電池壽命還短。

鎳鎘電池正極頭上長出白色結晶物,表示此鎳鎘電池已經達壽終正寢。
鎳鎘電池的電解質是氫氧化鉀,它會少量地由包封孔滲出,遇空氣變成氫氧化鉀,這現象對鎳鎘電池無害,白色結晶物只要以肥皂水清洗即可。這是因為鎳鎘電池電解質碰到空氣中的二氧化碳而形成的。清洗過後,可以塗上矽膠,以防止繼績形成白色結晶物。這種因滲出而掉的電解質對鎳鎘電池影響不大。

有一鎳鎘電池正常充電,但是充完電後的電壓很低,這電池該丟了。
不對,這是因為鎳鎘電池儲存過久,其內的電極上長出結晶物。有一辦法可以治療此毛病,就是在這鎳鎘電池上通過一短暫的高電流,這強電流可以把結晶物像是熔保險絲一樣融掉。另外一種辦法是,使用電解電容把鎳鎘電池短路,這可以讓鎳鎘電池大量放電,而得到同樣的效果。不過以上述這些辦法執行時,不能整包電池組做,而要找出單只有問題的鎳鎘電池單獨做。

我試過另一種不錯的辦法,將電解電容充電至 30V 左右,拿來對有問題的鎳鎘電池充電,約反覆五次後,通常便可恢復正常。

鎳鎘電池不用,要儲存時,要先充分放電後,再保存。
錯了。不論鎳鎘電池是充飽電、半充電、或已完全放電,都適合收存。因為鎳鎘電池是會自然放電的。所以過一段時日後,鎳鎘電池自然處在完全放電的狀態。倒是要重新取用存放的鎳鎘電池,應先以正常約充電多出一半的時間,例如充電 20 小時後,再使用。此時鎳鎘電池未醒,充放電約 5 次以後,鎳鎘電池自然會醒來,恢復原來的電容量。

鎳鎘電池不能長期處在連續補充充電 (trickl echarge) 狀態下,否則鎳鎘電池會因而日漸折損。
不對。只要連續補充充電的電流恰當,它是無損鎳鎘電池壽命的。這恰當的電流可能因不同廠牌而有差異,一般說來,0.025C 是共通的原則。例如 1200mA 的鎳鎘電池可以採用 45mA 來做連續補充充電。這可以使鎳鎘電池常保滿電狀態。



鎳鎳鎘電池使用事項

千萬不要讓鎳鎘電池短路過久,這不但危險,鎳鎘電池內電解質產生的氣體,也會破壞絕緣包裝,造成鎳鎘電池損壞。

鎳鎘電池內雖含有腐蝕性的電解質,只要具備使用常識及妥善使用,鎳鎘電池絕對安全。

鎳鎘電池可以在短時間內提供極大的電流,例如 1200mA 鎳鎘電池可以提供 150A 電流好幾秒鐘。所以使用鎳鎘電池供電時,在選擇電源線及保險絲時,要特別注意。

不要使用半充電狀態與飽充電狀態的鎳鎘電池混合組成電池組使用,一定要先把各鎳鎘電池充分放電後,一起充飽電再使用。

絕對不要隨意把未充分放電的鎳鎘電池任意亂丟,或者是棄放在車上及飛機上的行李箱,這非常危險。一只充飽電的鎳鎘電池若是發生短路,它就像一枚定時炸彈一樣危險。

在極高溫與極低溫狀態下,鎳鎘電池不能正常充放電,應避免在這種環境下使用鎳鎘電池。

已經壽終正寢的鎳鎘電池不要任意丟棄,可以丟到環保專用回收筒內,或是找一安全地方掩埋掉,絕對不要當成一般家用垃圾丟棄。

鎳鎘電池電壓降到 1V 時,所存電量已近用罄,不該繼續使用;而過量放電,會使鎳鎘電池極性顛倒,嚴重時,鎳鎘電池甚至會因而壞掉。 END



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