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    鋰亞硫酰氯電池,無線傳感器網絡電源新選擇

     面向監測建筑物的劣化情況及耕地環境的無線傳感器網絡系統的電源用途,有一種在耗電量極小的情況下可使用10年的電池備受關注,那就是鋰亞硫酰氯電池。這就意味著鋰亞硫酰氯電池的自然放電極少,即便放置10年,依然可以正常使用。而一般大多數電池在沒有負載的情況下也會自然放電,幾年之后便無法使用了。而且,這種電池的價格比利用熱量、振動及光能等發電的能量采集設備更便宜。

     

    鋰亞硫酰氯電池。 圖片:東芝家電

      “目前主要是使用鋰亞硫酰氯電池作為無線傳感器網絡的電源”,大型半導體廠商凌力爾特科技的日本子公司??凌力爾特科技日本的地區統括銷售經理小林純一這樣說道。無線傳感器網絡在廣大范圍內鋪設傳感器、以無線方式發送溫度等環境數據。作為其電源,不需要更換電池的能量采集設備是很好的選擇。凌力爾特也在積極開發和銷售用于能量采集設備的電源IC。

      盡管如此,凌力爾特仍把目光投向了電池,小林經理解釋了其中的原因:“能量采集設備是利用熱量和振動來發電,所以有時會有發電量不均的現象,使用起來不方便。尤其是工業用途,需要時必須使用可靠的電源。很多用途都要求使用可在設計階段提出定量性能指標的電池。”當然,也有適合使用能量采集設備的用途。但小林經理介紹說,如果能夠降低模塊的耗電量,很多用途使用長壽命電池就能滿足需求。對于討厭自然環境不穩定而帶來不確實性的系統設計人員來說,價格便宜且已被使用的電池是具有現實性的選擇。

      利用電極表面的覆膜來抑制自然放電

      凌力爾特在數種電池中看中鋰亞硫酰氯電池的理由正是這種電池的自然放電量很小的特點。據介紹,若在完全不使用的情況下保存10年,常溫下這種電池可保留初始容量的絕大部分。銷售這種電池的東芝家電公司的電池事業部員工大石浩巳表示,“每年的自然放電量在常溫下僅為初始值的0.5%左右。雖然放電量會隨條件而不同,但自然放電比每年電量以2%的速度減少的二氧化錳鋰電池還要少”。鋰亞硫酰氯電池自然放電少的原因是,電池內部正負極之間的自然反應很難順利進行。

    鋰亞硫酰氯電池的內部構造,東芝家電的產品

      一般來說,電池通過連接負載、讓電子從負極移動到正極,從而產生電流。在鋰亞硫酰氯電池中,負極的鋰(Li)離子化之后生成的電子會經由負載流向正極。在正極,接納了電子的亞硫酰氯(SOCl2)會與鋰離子一同發生化學反應變成氯化鋰等物質(LiCl、S、SO2)。因此,鋰離子通過電池內部插入正極和負極之間的隔膜在兩極之間移動,也就是說,鋰亞硫酰氯電池的能量是基于鋰和亞硫酰氯變成氯化鋰的化學反應所產生的化學能量。

      因此,如果化學反應不能順利進行,就會變成“電池沒電”的狀態。自然放電是負極生成的電子經由電池內部向正極移動并發生化學反應的現象,如果電池內部的化學反應很少,自然放電的速度就會很慢。在大多數干電池中,盡管插入正極和負極之間的隔膜會阻礙電子移動,但實際上電子仍會緩慢移動,造成了自然放電。而鋰亞硫酰氯電池中,沒有負載時負極的鋰的表面會產生氯化鋰覆膜,會抑制鋰和電子的化學反應(離子化),因此這種電池的自然放電比其他電池少。

      輸出電壓為3.6V,一直到最后都能保持在一定水平

      目前,銷售鋰亞硫酰氯電池的企業有日立麥克賽爾、Saft Batteries、TADIRAN BATTERIES及東芝家電等。日立麥克賽爾在網上公開了關于保存特性的圖表,并宣傳稱該公司的產品可在20℃條件下保存10萬小時(約11年)。使用最多的用途是半導體存儲器等的備用電源,還被用在了燃氣及自來水等的MCU儀表上。

    放電電流和持續放電時間,日立麥克賽爾的2750mAh容量產品

    長期保存特性,日立麥克賽爾的2750mAh容量產品

      鋰亞硫酰氯電池的特點是,輸出電壓(標稱電壓)達到3.6V,在已產品化的一次性電池中最高。即便持續放電,也可在電量耗盡之前保持基本一定的電壓。但這種電池很難獲得大電流,而且,剛開始通過電流的短時間內電壓會降低,因此在進行電源設計時需要考慮這一情況。

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