鉅大LARGE | 點擊量：590次 | 2022年02月16日
長續航力電池技術面對的一些挑戰
長壽命(Long-life)電池的正確選擇，即使在非常低的放電狀態，其重要性都遠過對基本電流-和-時間(Current-and-time)電池容量的分析。
對長壽嵌入式應用的興趣增長的狀況就如同遠程數據紀錄或電表帶來的無窮工程問題：我們如何驅動或為這些設備充電？這些通常在惡劣環境下工作的設備，在一個小電池供電且不常受到關注的狀態下，需工作10、20甚至更多年。
對于只要求能持續工作幾年、生命周期較短的設備，其電池決策分析從耗用電流的基本分析開始，如電池各種占空比，以及營運模式與電池容量(mA/hour)的比較，如此可以得到相當復雜，雜的應用與操作周期，但這并不會太難，至少可以在最壞的情況下設定一個上限。然而，當設備需要運作10年或更長時，負載電流的基本電子分析和電力的容量都只是個小小的影響因素，諸如自放電、化學變質和外殼腐蝕都將成為主要問題。
當我讀到刊登在航天與技術(Aerospace&DefenseTechnology)的“設計和制造一個幾十年的電池(DesigningandFabricatingaMultiple-DecadeBattery)”文章時，造成為什么我會對電池壽命很好奇的原因。本文詳細介紹基于放射性衰變的熱電產生器(Thermoelectricgenerator，TEG)，在理論上可以運行150年，該架構使用我以前從來沒有看過的一個兩步驟過程，一為衰變產生光；接下來則是利用太陽能電池產生電力。作者在文章暗示這樣的方式效率較低，可惜文中并未列出確切轉換效率數字，但我懷疑是在小于5%的范圍內。
熱電產生器透過放射性衰變充電的方式已成功使用10多年，特別是太陽輻射最小的宇宙飛船。這些熱電產生器是使用一個基于單級轉換處理放射性衰變的熱能，而不是二分法(Two-stepProcess)的光子，與塞貝克連接點(Seebeck-junction)熱電偶從衰減熱量產生的電力。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這樣的方式為1977年發表的Voyager1號與2號機提供電力，這兩輛宇宙飛船目前仍在太空旅行并持續傳送數據回地球，即使他們已越過太陽系的模糊邊界進入另一個外層空間(Exospace)。(編按：本文作者提到的宇宙飛船出處是由StephenJ.Pyne所寫的Voyager：seekingnewerworldsinthethirdgreatageofdiscovery一書喔~)有一些利用熱電偶從引擎捕捉余熱工作也正在進行，但這些研究該如何變為實際(成本、可靠度、尺寸與效率)目前仍還不清楚。
當然！理論上你可以根據所需使用的時間，透過使用更多的磁芯材料，制作一個以衰變為基礎的電池，但問題是，設備多長時間需要休息，以及在電子惡化或分崩離析前，電子將如何持續運作在應用程序中，這都與放射性衰變機制的本身無關。但是如果電池不符合過去100多年來的需求，今天將不會有人環繞在當下去指責這些工作。
我也讀到其他關于長續航力電池的兩篇文章，其中一篇高科技電池選擇合適的電池(ChoosingtheRightBatteriesforHigh-TechBatteries)，是來自美國國家暨太空總署技術簡報(NASATechBriefs)著眼于各種化學物質的屬性，尤其是許多有趣的鋰電池家族的變種，這篇文章用一句話來說就是：很復雜。當你需要10幾年、甚至在很非常低的電流或低速率脈沖循環下使用電池，會需要分析許多因素，例如自放電和溫度額定值，此外，mA-Hr容量也成為眾多考慮的參數之一。
雖然上述文章的作者是出身自一間知名的電池廠商(Tadiran)，且或許觀點有些偏差，我寧愿聽從真正在該領域已開發出產品的某些人士的研究紀錄，以及產品微妙的制造及生產問題，而不僅僅是一個學術專家。(編按：作者的意思白話的說就是…他不太信任紙上談兵的專家的論點啦…)同一家電池供貨商也有一小篇“為你的無線傳感器供電40年(PowerYourWirelessSensorsfor40Years)”的文章，這篇短文和前面提到的文章有部分重迭，不過也增加了一些新的信息。
你會涉及決定長續航力電池的選擇嗎？你如何評估在復雜操作周期電池所需的基本電力容量？你又如何決定長續航力電池的外型與化學材料會是可行的呢？
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