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金霸王锌空气电池数据报告描述了其中的奥秘

2019-07-27 23:16
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  前一阵子在微信的耳蜗群里看到有关人工耳蜗电池的讨论,其中有部分朋友误将助听器电池放入人工耳蜗使用,并且能够完美匹配工作。那助听器的电池放入人工耳蜗是不是真的完美无瑕?如果助听器电池可以做到完美支持人工耳蜗工作,那为什么还要出人工耳蜗专用电池?

  目前助听器和人工耳蜗大多数使用的是锌空气电池。这种电池到底有什么魔力?让它成为助听器和人工耳蜗的专用电池,甚至这种电池也被运用在汽车领域和其它医疗领域!

  锌空气电池是在十九世纪初被发现的,但直到二十世纪三十年代才开始大规模在工业上被使用。今天的锌空气电池中使用的薄而高效的空气阴极是在20世纪70年代初期被运用。在1977年锌空气纽扣电池被商业化运用。

  所谓锌空气电池(zincairbattery),又称锌氧电池,主要是利用活性炭吸附空气中的氧或纯氧,来作为正极活性物质;而以锌作为负极,以氯化铵或苛性碱溶液作为电解质的一种原电池。

  锌空气电池由锌金属和氧气混合供电。锌是一种成本低廉且资源丰富的金属,氧气又无处不在,锌的毒性较低,对环境的危害较小,是一种非常环保的电池。

  生活中我们经常接触的电池主要有:锌空气电池,锂电池,氧化银电池,碱性电池。在这么多的电池中,为什么锌空气电池能够被运用到人工耳蜗和助听器中?数据说话,金霸王锌空气电池数据报告描述了其中的奥秘!

  图1给出了锌空气与其他品类电池的单位密度比较。在0ºC至50ºC(32ºF至122ºF)的工作温度范围内,重量能量密度比所有其他原电池都高。

  其每公斤发电量能够达到0.3KWH,较锂电池高出一倍。也就是说,虽然重量只有锂电池的一半,但锌空气电池的续航里程却是锂电池的两倍之多,且蓄电量的增大,也不会使锌空气电池更易爆炸。而由于仅使用空气中的氧及价格相对低廉的锌,锌空气电池的成本也降了下来,据悉其量产后的售价仅为锂电池的1/3。

  图2提供了体积比较。锌空气电池可以在相似的温度范围内提供最大的单位体积能量。在图中未显示的一些条件下(50-100 mA / cm2),锌空气电池可以提供高于其他锌阳极电池能量的五倍。

  图3显示了传统锌 - 阳极电池系统在21ºC(70ºF)时放电寿命相同的电池的放电特性。与碱性电池不同,锌空气电池在放电过程中提供恒定的输出电压。

  锌空气电池的标称开路电压是1.4伏特。放电期间的工作电压取决于放电负载和温度。通常,每个电池的工作电压在1.25和1.0伏之间。锌空气电池具有相对平坦的放电曲线,即电压在使用期间相对恒定。大部分电池容量被耗尽时截止电压为0.9伏特。

  在保存期间,锌空气电池被密封以防止氧气(阴极反应物)进入电池。如图4所示,这种特性赋予了锌空气电池优异的保质期。在21ºC(70ºF)储存条件下,密封锌空气电池在一年内保持额定容量的98%。

  模拟试验表明,在室温条件下,存放一年后电量下降到98%,存放两年后电量下降到90%,存放四年后电量仍有85%。撕下封条后,电池被激活并开始工作,在室温环境并不接负载时,根据不同的电池大小规格,3到12周后电池电量下降50%,超过20周电量下降到0-10%。

  如果一旦锌空电池的封条被撕下,空气就进入内部激活电化学反应,此时即便是再贴上封条,化学反应也会继续下去直到电量耗尽。

  总结一下锌空电池电池的优势,第一,它能量密度比较高,理论上能提供超出其它品类电池五倍的能量,现在市场上可以做一次性使用超出两到三倍。第二,成本比锂电池低,锌的全球储量是非常大的,价格不会因为金属稀缺波动。第三,保存时间更久,电量不容易损耗。第四,电压稳定,对高精密仪器稳定工作起到支持作用。第五,相对环保,对环境污染小。

  所以综合性能表现,锌空气电池确实在几个品类的电池中是当之无愧的佼佼者。正是因为它的性能卓越,才取代了其它品类电池来胜任这项工作。

  人工耳蜗的处理器和助听器处理芯片,两个耗能相差不大;但耳蜗电池还要保证头件发射信号,传递到电极还要刺激听神经,对电流的要求更高。A675(助听器电池)最大放电电流是20mA;而A675P(耳蜗电池)的最大放电电流是30mA,两种电池虽然都是锌空电池,电压一样,但是对容量和性能的要求有差别。人工耳蜗的专用电池电压和电流稳定,也可以用在大功率助听器上。而一般助听器的电池装人工耳蜗上,电压不太稳定,放电曲线不理想,因为不同的电子/医疗器械都有相应的电流和电压的要求,混用的结果可能会带来电子/医疗器械产品的寿命折损或故障。